JPH09243386A - Vehicular inertial navigation system - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、車両に搭載され、その
車両の現在の標高を検出する車両用慣性航法装置に係
り、特に加減速時及び傾斜地登降時において車両のサス
ペンション機構に起因して生ずるピッチ角誤差を補正し
て検出確度を向上させた車両用慣性航法装置に関するも
のである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an inertial navigation system for a vehicle which is mounted on a vehicle and detects the current altitude of the vehicle. The present invention relates to an inertial navigation system for a vehicle, which corrects a generated pitch angle error and improves detection accuracy.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、標高を検出する車両用慣性航法装
置としてはオドメータを併用するものが一般的であり、
従来のこの種の装置を図５を参照して説明する。図５の
装置は、車体を車輪上に支えるサスペンション機構を有
する車両に搭載されている。2. Description of the Related Art Conventionally, as an inertial navigation system for a vehicle for detecting an altitude, a system using an odometer is generally used.
A conventional device of this type will be described with reference to FIG. The apparatus of FIG. 5 is mounted on a vehicle having a suspension mechanism that supports the vehicle body on wheels.
【０００３】車輪に取り付けられたオドメータ１より車
輪の回転速度ｎ（rpm）が慣性航法装置（以下ＩＮＳと
言う）演算部１０の走行速度計算部３に入力され、走行
速度計算部３では入力された回転速度ｎ及び車輪の周長
Ｌt（km）より車両の走行速度Ｖ Ｖ＝ｎ×Ｌt×６０＝ｎ×ξ （km/Hr) (1) が求められ、鉛直速度計算部４に入力される。上記式の ξ＝Ｌt×６０ (2) はオドメータのスケールファクタと呼ばれる。The rotational speed n (rpm) of the wheel is input from the odometer 1 attached to the wheel to the traveling speed calculation unit 3 of the inertial navigation device (hereinafter referred to as INS) calculation unit 10, and is input to the traveling speed calculation unit 3. From the rotational speed n and the wheel circumference L t (km), the vehicle running speed V V = n × L t × 60 = n × ξ (km / Hr) (1) is obtained, and the vertical speed calculation unit 4 Is entered. Ξ = L t × 60 (2) in the above equation is called the odometer scale factor.
【０００４】ジャイロ２で車両のピッチ軸回りの回転角
速度ωθが検出され、ＩＮＳ演算部１０のピッチ角計算
部５に入力される。ピッチ角計算部５では入力されたピ
ッチ軸回りの回転角速度ωθを積分して、ピッチ角θ θ＝∫ωθｄｔ＋θ0 （ラジアン） (3) を計算して鉛直速度計算部４に入力する。上式のθ0は
ピッチ角の初期値、つまり出発点におけるピッチ角であ
る。The gyro 2 detects the rotational angular velocity ωθ about the pitch axis of the vehicle and inputs it to the pitch angle calculation unit 5 of the INS calculation unit 10. The pitch angle calculation unit 5 integrates the input rotation angular velocity ωθ about the pitch axis to calculate the pitch angle θθ = ∫ωθdt + θ 0 (radian) (3) and inputs it to the vertical velocity calculation unit 4. Θ 0 in the above equation is the initial value of the pitch angle, that is, the pitch angle at the starting point.
【０００５】鉛直速度計算部４では、ピッチ角計算部５
より入力される車両のピッチ角θ（ラジアン）を用い
て、図５に示すように走行速度Ｖより鉛直速度Ｖvを算
出する。即ち、 Ｖv＝Ｖsinθ (4)In the vertical velocity calculation unit 4, the pitch angle calculation unit 5
The vertical speed V v is calculated from the traveling speed V as shown in FIG. 5 by using the vehicle pitch angle θ (radian) that is input more. That is, V v = V sin θ (4)
【０００６】算出された鉛直速度Ｖvは鉛直速度計算部
４より標高計算部７に入力され、車両の出発点に対する
標高Ｌvが次式により計算され、外部に出力される。 Ｌv＝∫Ｖvｄｔ (5)The calculated vertical velocity V v is input from the vertical velocity calculation unit 4 to the altitude calculation unit 7, and the altitude L v with respect to the starting point of the vehicle is calculated by the following equation and output to the outside. L v = ∫V v dt (5)
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】ところで、ＩＮＳが取
り付けられている車体は、サスペンション機構によって
車輪上に支えられている。車両が平地に静止している状
態では、図７（Ａ）に示すように、車体８は地面９に対
して平行に支持されており、従ってＩＮＳも地面に平行
となっている。しかし、図７（Ｂ）に示す車両の加減速
時や、図７（Ｃ）に示す傾斜面の登降時には、サスペン
ション機構の働きによって車体８が傾き、車体従ってＩ
ＮＳは地面９に対して小さな傾斜角、つまりピッチ角δ
θをもつ。このためＩＮＳ演算部１０のピッチ角計算部
５より算出されるピッチ角θ（水平面１１と地面９との
なす角）には地面９のピッチ角θ′に、地面９に対する
車体８のピッチ角δθが加わったものとなる。即ち、 θ＝θ′＋δθ (6) このため鉛直速度計算部４において(4)式により算出す
る鉛直速度Ｖvは、 Ｖv＝Ｖsinθ＝Ｖsin（θ′＋δθ） ＝Ｖ（sinθ′cosδθ＋cosθ′sinδθ） と表される。ここでδθは小さな値であるのでcosδθ
≒１，sinδθ≒δθと近似すれば。鉛直速度Ｖvは、 Ｖv≒Ｖsinθ′＋Ｖδθcosθ′ (7) と表され、真の鉛直速度Ｖsinθ′に、Ｖδθcosθ′の
誤差が加わったものとなる。このため標高計算部７にお
いて(5)式により算出する標高Ｌvは、 Ｌv＝∫Ｖvｄｔ＝∫（Ｖsinθ′＋Ｖδθcosθ′）ｄｔ ＝∫Ｖsinθ′ｄｔ＋∫Ｖδθcosθ′ｄｔ (8) となり、上記第１項の真の標高の他、第２項の誤差分が
含まれることとなる。The vehicle body to which the INS is attached is supported on wheels by a suspension mechanism. When the vehicle is stationary on the flat ground, as shown in FIG. 7A, the vehicle body 8 is supported parallel to the ground surface 9, and thus the INS is also parallel to the ground surface. However, during acceleration / deceleration of the vehicle shown in FIG. 7B or when climbing up or down the inclined surface shown in FIG.
NS is a small inclination angle with respect to the ground surface 9, that is, a pitch angle δ
has θ. Therefore, the pitch angle θ calculated by the pitch angle calculation unit 5 of the INS calculation unit 10 (the angle formed by the horizontal plane 11 and the ground surface 9) is the pitch angle θ ′ of the ground surface 9 and the pitch angle δθ of the vehicle body 8 with respect to the ground surface 9. Will be added. That is, θ = θ ′ + δθ (6) Therefore, the vertical velocity V v calculated by the equation (4) in the vertical velocity calculation unit 4 is as follows: V v = Vsinθ = Vsin (θ ′ + δθ) = V (sinθ′cosδθ + cosθ′sinδθ ). Here, δθ is a small value, so cosδθ
If it is approximated as ≈1, sin δθ ≈δθ. The vertical velocity V v is expressed as V v ≈Vsin θ ′ + Vδθcos θ ′ (7), which is the true vertical velocity Vsinθ ′ plus the error of Vδθcos θ ′. Altitude L v calculated by this for the altitude calculation unit 7 (5) is, L v = ∫V v dt = ∫ (Vsinθ '+ Vδθcosθ') dt = ∫Vsinθ'dt + ∫Vδθcosθ'dt (8) , and the above In addition to the true altitude of the first term, the error of the second term is included.
【０００８】本発明の目的は、車両の加減速時や、傾斜
面の登降時において、サスペンション機構に起因する車
体の傾きによる標高誤差を無くし、高精度の車両用慣性
航法装置を提供することにある。It is an object of the present invention to provide a highly accurate inertial navigation system for a vehicle, which eliminates an elevation error due to a tilt of a vehicle body caused by a suspension mechanism when the vehicle is accelerated or decelerated or when an inclined surface is climbed or descended. is there.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る車両用慣性航法装置は、オドメータ
と、ジャイロと 加速度計と、慣性航法装置演算部とに
より構成されていて車体を車輪上に支えるサスペンショ
ン機構を有する車両に搭載され、前記慣性航法装置演算
部は、走行速度計算部と、ピッチ角補正値計算部と、ピ
ッチ角計算部と、ピッチ角補正部と、鉛直速度計算部
と、標高計算部とを具備しており、前記オドメータは、
前記車輪の回転速度ｎを検出して前記走行速度計算部に
入力するものであり、前記走行速度計算部は、入力され
た前記車輪の回転速度ｎにスケールファクタを乗算して
走行速度Ｖを計算し、前記鉛直速度計算部に入力するも
のであり、前記ジャイロは、前記車両のピッチ軸回りの
回転角速度ωθを検出して前記ピッチ角計算部に入力す
るものであり、前記ピッチ角計算部は、入力された前記
車両のピッチ軸回りの回転角速度ωθを積分してピッチ
角θを計算し、前記ピッチ角補正部に入力するものであ
り、前記加速度計は、車両に加わる走行方向の加速度ａ
を検出して前記ピッチ角補正値計算部に入力するもので
あり、前記ピッチ角補正値計算部は、入力された前記加
速度ａに所定の係数を乗算して前記サスペンション機構
に起因する前記車体の地面に対する傾斜角δθを計算し
て前記ピッチ角補正部に入力するものであり、前記ピッ
チ角補正部は、入力された前記ピッチ角θより前記車体
の傾斜角δθを減算して、その差値θ′を前記鉛直速度
計算部に入力するものであり、前記鉛直速度計算部は、
入力された前記走行速度Ｖ及び差値θ′より鉛直速度Ｖ
v＝Ｖsinθ′を計算して前記標高計算部に入力するもの
であり、前記標高計算部は、入力された前記鉛直速度Ｖ
vより車両の出発点に対する標高Ｌvを計算して出力する
ものであることを特徴としている。In order to achieve the above object, an inertial navigation system for a vehicle according to the present invention comprises an odometer, a gyro, an accelerometer, and an inertial navigation system computing section. The inertial navigation device arithmetic unit is mounted on a vehicle having a suspension mechanism supported on wheels, and the inertial navigation device arithmetic unit calculates a traveling speed calculation unit, a pitch angle correction value calculation unit, a pitch angle calculation unit, a pitch angle correction unit, and a vertical speed calculation unit. And an altitude calculation unit, the odometer,
The rotational speed n of the wheel is detected and input to the traveling speed calculation unit. The traveling speed calculation unit calculates the traveling speed V by multiplying the input rotational speed n of the wheel by a scale factor. However, the gyro is to be input to the vertical velocity calculation unit, the gyro is to detect the rotational angular velocity ωθ around the pitch axis of the vehicle and input to the pitch angle calculation unit, and the pitch angle calculation unit is The input rotational angular velocity ωθ of the vehicle is integrated to calculate the pitch angle θ, and the pitch angle θ is input to the pitch angle correction unit.
Is detected and is input to the pitch angle correction value calculation unit, and the pitch angle correction value calculation unit multiplies the input acceleration a by a predetermined coefficient, and The inclination angle δθ with respect to the ground is calculated and input to the pitch angle correction unit, and the pitch angle correction unit subtracts the inclination angle δθ of the vehicle body from the input pitch angle θ, and the difference value thereof. θ'is input to the vertical speed calculation unit, and the vertical speed calculation unit
From the input traveling speed V and the difference value θ ′, the vertical speed V
v = Vsinθ ′ is calculated and input to the altitude calculation unit, and the altitude calculation unit inputs the vertical velocity V
v is characterized in that the calculating and outputting altitude L v than to the starting point of the vehicle.
【００１０】[0010]
【作用】本発明の車両用ＩＮＳにおいて、オドメータ
は、車輪の回転速度ｎを検出して走行速度計算部に入力
する。前記走行速度計算部は、入力された車輪の回転速
度ｎにスケールファクタを乗算して走行速度Ｖを計算
し、前記鉛直速度計算部に入力する。前記ジャイロは、
車両のピッチ軸回りの回転角速度ωθを検出して前記ピ
ッチ角計算部に入力する。前記ピッチ角計算部は、入力
された車両のピッチ軸回りの回転角速度ωθを積分して
ピッチ角θを計算し、前記ピッチ角補正部に入力する。
前記加速度計は、車両に加わる走行方向の加速度ａを検
出して前記ピッチ角補正値計算部に入力する。前記ピッ
チ角補正値計算部は、入力された前記加速度ａに所定の
係数を乗算してサスペンション機構に起因する車体の地
面に対する傾斜角δθを計算して前記ピッチ角補正部に
入力する。前記ピッチ角補正部は、入力された前記ピッ
チ角θより前記車体の傾斜角δθを減算して、その差値
θ′を前記鉛直速度計算部に入力する。前記鉛直速度計
算部は、入力された前記走行速度Ｖ及び差値θ′より鉛
直速度Ｖv＝Ｖsinθ′を計算して前記標高計算部に入力
する。前記標高計算部は、入力された前記鉛直速度Ｖv
より車両の出発点に対する標高Ｌvを計算して外部へ出
力する。In the vehicle INS of the present invention, the odometer detects the rotational speed n of the wheel and inputs it to the traveling speed calculation unit. The traveling speed calculation unit calculates the traveling speed V by multiplying the input wheel rotation speed n by a scale factor, and inputs the calculated traveling speed V to the vertical speed calculation unit. The gyro is
The rotational angular velocity ωθ around the pitch axis of the vehicle is detected and input to the pitch angle calculation unit. The pitch angle calculation unit integrates the input rotational angular velocity ωθ about the pitch axis of the vehicle to calculate the pitch angle θ, and inputs it to the pitch angle correction unit.
The accelerometer detects the acceleration a applied to the vehicle in the traveling direction and inputs it to the pitch angle correction value calculation unit. The pitch angle correction value calculation unit multiplies the input acceleration a by a predetermined coefficient to calculate an inclination angle δθ of the vehicle body with respect to the ground caused by the suspension mechanism, and inputs the inclination angle δθ to the pitch angle correction unit. The pitch angle correction unit subtracts the lean angle δθ of the vehicle body from the input pitch angle θ and inputs the difference value θ ′ to the vertical speed calculation unit. The vertical speed calculation unit calculates the vertical speed V v = Vsin θ ′ from the input traveling speed V and the difference value θ ′, and inputs it to the altitude calculation unit. The elevation calculation unit receives the input vertical velocity V v.
The altitude L v for the starting point of the vehicle is calculated and output to the outside.
【００１１】本発明によれば、車両の加減速時や、傾斜
面の登降時において、サスペンション機構に起因する車
体の傾斜角δθを補正して真のピッチ角θ′を用いて鉛
直速度ＶVを計算でき、従って車両の出発点に対する標
高Ｌvを正確に計算することができる。According to the present invention, when the vehicle is being accelerated or decelerated, or when the vehicle is climbing or descending a slope, the vehicle body inclination angle δθ caused by the suspension mechanism is corrected to use the true pitch angle θ ′ to obtain the vertical velocity V V. And thus the elevation L v for the starting point of the vehicle can be calculated accurately.
【００１２】[0012]
【実施例】以下、本発明に係る車両用慣性航法装置の実
施例を図１に示す。但し、図５と対応する部分に同じ符
号を付し、重複説明を省略する。本発明に係る実施例で
は図５の従来の装置に加速度計２１、ピッチ角補正値計
算部２２及びピッチ角補正部２３が追加される。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a vehicle inertial navigation system according to the present invention is shown in FIG. However, the same reference numerals are given to the portions corresponding to those in FIG. 5, and the duplicate description will be omitted. In the embodiment according to the present invention, an accelerometer 21, a pitch angle correction value calculation unit 22 and a pitch angle correction unit 23 are added to the conventional device of FIG.
【００１３】加速度計２１により車両の車体８に加わる
走行方向の加速度ａが検出され、ＩＮＳ演算部１０内の
ピッチ角補正部２２に入力される。図２に示すように加
速度ａには、車両が傾斜面（水平面１１に対してピッチ
角θをなす）を登降時において車両に加わる重力加速度
Ｇの、車体（従ってＩＮＳ）のピッチ角θ方向の成分Ｇ
1が含まれる。ピッチ角補正値計算部２２では、後述す
るように、加減速時或いは傾斜面登降時におけるサスペ
ンション機構に起因する車体８の地面９に対する傾斜
角、つまりピッチ角補正値δθが計算され、ＩＮＳ演算
部１０内のピッチ角補正部２３に入力される。ピッチ角
補正部２３では、ピッチ角計算部５より入力されるピッ
チ角θよりピッチ角補正値δθが減算されて、真のピッ
チ角θ′ θ′＝θ−δθ (9) が求められ、鉛直速度計算部４に入力される。The accelerometer 21 detects the acceleration a in the traveling direction applied to the vehicle body 8 of the vehicle and inputs it to the pitch angle correction unit 22 in the INS calculation unit 10. As shown in FIG. 2, the acceleration a includes the gravitational acceleration G applied to the vehicle when climbing and descending an inclined surface (which makes a pitch angle θ with respect to the horizontal plane 11) in the pitch angle θ direction of the vehicle body (hence, INS). Ingredient G
Contains 1 As will be described later, the pitch angle correction value calculation unit 22 calculates the tilt angle of the vehicle body 8 with respect to the ground 9, that is, the pitch angle correction value δθ due to the suspension mechanism at the time of acceleration / deceleration or when climbing up / down the inclined surface, and the INS calculation unit. It is input to the pitch angle correction unit 23 in 10. In the pitch angle correction unit 23, the pitch angle correction value δθ is subtracted from the pitch angle θ input from the pitch angle calculation unit 5 to obtain the true pitch angle θ ′ θ ′ = θ−δθ (9), and the vertical angle θ ′ is obtained. It is input to the speed calculator 4.
【００１４】鉛直速度計算部４及び標高計算部７では、
従来例で述べたものと同様にして、鉛直速度Ｖv及び出
発点に対する標高Ｌvがそれぞれ計算される。In the vertical velocity calculator 4 and the altitude calculator 7,
The vertical velocity V v and the altitude L v with respect to the starting point are calculated in the same manner as described in the conventional example.
【００１５】ここで、ピッチ角補正計算部２２における
ピッチ角補正値δθの計算について述べる。Here, the calculation of the pitch angle correction value δθ in the pitch angle correction calculation section 22 will be described.
【００１６】図３に示すように車体８を車輪２４上に支
えるサスペンション機構２６はスプリング２６ａとダン
パ２６ｂとで表すことができる。スプリング２６ａのバ
ネ定数をｋ、ダンパ２６ｂのダンパ係数をｄ、車体８の
質量をＭとする。車体８に力Ｆが走行方向に加えられ、
車体８がｘだけ変位したとすれば、力Ｆと変位ｘとの間
には、 Ｆ＝Ｍｘ″＋ｄｘ′＋ｋｘ (10) の関係が成立する。図４に示すように車輪２４と車体８
との間隔をＲとするとき、車体８は力Ｆを受けて、車輪
２４を中心として半径Ｒの円弧に沿って距離ｘだけ変位
し、その結果、車体８は地面９に対して角度δθだけ傾
斜したとすれば、地面９に対する傾斜角δθは車体８が
車輪２４を中心として力Ｆを受けて回転した角度に等し
い。従って、 ｘ＝Ｒδθ (11) と置ける。(10)式は(11)式を用いると Ｆ＝ＲＭδθ″＋Ｒｄδθ′＋Ｒｋδθ (12) と表される。ここで δθ′＝Ｓδθ (13) と置くと、力Ｆは Ｆ＝（Ｓ2ＲＭ＋ＳＲｄ＋Ｒｋ）δθ (14) と表せる。従って、傾斜角、つまり補正角δθは δθ＝Ｆ／（ＲＭＳ2＋ＲｄＳ＋Ｒｋ） (15) となる。分母の第１項、第２項は第３項に比べて一般に
小さな値であるのでこれらを省略すれば δθ≒Ｆ／Ｒｋ (16) となる、一方、力Ｆは車両に加わる走行方向の加速度ａ
と車両の質量Ｍとの積、即ち、 Ｆ＝ａＭ (17) であるから、この関係を(16)式に代入すれば δθ≒（Ｍ／Ｒｋ）×ａ (18) と表せる。As shown in FIG. 3, the suspension mechanism 26 that supports the vehicle body 8 on the wheels 24 can be represented by a spring 26a and a damper 26b. The spring constant of the spring 26a is k, the damper coefficient of the damper 26b is d, and the mass of the vehicle body 8 is M. A force F is applied to the vehicle body 8 in the traveling direction,
If the vehicle body 8 is displaced by x, the relationship F = Mx ″ + dx ′ + kx (10) is established between the force F and the displacement x. As shown in FIG.
When the distance between and is R, the vehicle body 8 receives a force F and is displaced by a distance x along an arc of radius R with the wheel 24 as the center. If it is inclined, the inclination angle δθ with respect to the ground surface 9 is equal to the angle at which the vehicle body 8 receives the force F about the wheels 24 and rotates. Therefore, we can set x = Rδθ (11). Formula (10) is expressed as F = RMδθ ″ + Rdδθ ′ + Rkδθ (12) by using formula (11). Here, if we set δθ ′ = Sδθ (13), the force F is F = (S 2 RM + SRd + Rk) Therefore, the tilt angle, that is, the correction angle δθ is δθ = F / (RMS 2 + RdS + Rk) (15) The first and second terms of the denominator are generally smaller than the third term. Since it is a value, if these are omitted, δθ ≈ F / Rk (16), while the force F is the acceleration a in the traveling direction applied to the vehicle.
And the mass M of the vehicle, that is, F = aM (17), so by substituting this relationship into Eq. (16), δθ ≈ (M / Rk) × a (18).
【００１７】上式の係数Ｍ／Ｒｋは次のようにして求め
られる。The coefficient M / Rk in the above equation is obtained as follows.
【００１８】平地の一定地点間を等加速度ａ1で試験走
行する。このとき図１のピッチ角補正値計算２２の出力
δθ＝０とする。従ってピッチ角補正部２３からピッチ
角θがそのまま鉛直速度計算部４に入力される。走行速
度計算部３の出力Ｖ1及び鉛直速度計算部４の出力Ｖv1
を測定し、その値を(7)式に代入する。なお平地である
から、真のピッチ角θ′＝０とする。(7)式はＶv1≒Ｖ1
δθとなり、従ってこのときのピッチ角の補正値δθは δθ≒Ｖv1／Ｖ1 (19) と求められる。この値をａ＝ａ1と共に(18)式に代入す
れば、 Ｍ／Ｒｋ≒δθ／ａ≒Ｖv1／Ｖ1ａ1 (20) このようにして求めた係数Ｍ／Ｒｋの値はピッチ角補正
値計算部２２のメモリに格納され、以後(18)式に基づ
き、入力される加速度ａに係数Ｍ／Ｒｋを乗算してピッ
チ角補正値δθが計算され、ピッチ角補正部２３に入力
される。そのδθを用いてピッチ角補正部２３におい
て、ピッチ角計算部５で算出したピッチ角θに対し補正
計算（θ−δθ）が行われ、誤差分を含まない真のピッ
チ角（地面のピッチ角）θ′が鉛直速度計算部４に入力
される。鉛直速度計算部４では、ピッチ角補正部２３よ
り入力される真のピッチ角θ′を用いて、走行速度Ｖよ
り鉛直速度Ｖvを算出する。即ち、 Ｖv＝Ｖsinθ′ (21)A test run is performed at a uniform acceleration a 1 between certain points on a flat ground. At this time, the output δθ = 0 of the pitch angle correction value calculation 22 in FIG. 1 is set. Therefore, the pitch angle θ is directly input from the pitch angle correction unit 23 to the vertical velocity calculation unit 4. Output V 1 of running speed calculation unit 3 and output V v1 of vertical speed calculation unit 4
Is measured and the value is substituted into the equation (7). Since the ground is flat, the true pitch angle θ '= 0. Equation (7) is V v1 ≈ V 1
Therefore, the correction value δθ of the pitch angle at this time is calculated as δθ≈V v1 / V 1 (19). By substituting this value into the equation (18) together with a = a 1 , M / Rk≈δθ / a≈V v1 / V 1 a 1 (20) The value of the coefficient M / Rk thus obtained is the pitch angle. The pitch angle correction value δθ stored in the memory of the correction value calculation unit 22 is calculated by multiplying the input acceleration a by the coefficient M / Rk based on the equation (18), and is input to the pitch angle correction unit 23. It Using the δθ, the pitch angle correction unit 23 performs a correction calculation (θ−δθ) on the pitch angle θ calculated by the pitch angle calculation unit 5 to obtain the true pitch angle (ground pitch angle ) Θ'is input to the vertical velocity calculation unit 4. The vertical speed calculation unit 4 calculates the vertical speed V v from the traveling speed V using the true pitch angle θ ′ input from the pitch angle correction unit 23. That is, V v = V sin θ ′ (21)
【００１９】算出された鉛直速度Ｖvは鉛直速度計算部
４より標高計算部７に入力され、車両の出発点に対する
標高Ｌvが(5)式により計算され、外部に出力される。The calculated vertical velocity V v is input from the vertical velocity calculation unit 4 to the altitude calculation unit 7, and the altitude L v with respect to the starting point of the vehicle is calculated by the equation (5) and output to the outside.
【００２０】以上本発明の実施例について説明してきた
が、本発明はこれに限定されることなく請求項の記載の
範囲内において各種の変形、変更が可能なことは当業者
には自明であろう。Although the embodiment of the present invention has been described above, it is obvious to those skilled in the art that the present invention is not limited to this and various modifications and changes can be made within the scope of the claims. Let's do it.
【００２１】[0021]
【発明の効果】以上説明したように、車両の加減速時或
いは傾斜地登降時に走行方向に加えられる加速度ａ（重
力加速度成分を含む）によって、車体がサスペンション
機構の働きにより、地面に対して傾斜角δθをもつが、
本発明の車両用慣性航法装置によれば、加速度計により
検出された加速度ａよりこの傾斜角δθがピッチ角補正
値計算部で計算され、そのδθを用いてピッチ角補正部
において、ピッチ角計算部で算出したピッチ角θに対し
補正計算が行われ、誤差分を含まない真のピッチ角（地
面のピッチ角）θ′が鉛直速度計算部に入力される。従
って、前記サスペンション機構の働きによる車体の傾き
に起因する誤差を含まないより正確な標高データが得ら
れる。As described above, when the vehicle is accelerated or decelerated or when the vehicle descends or descends on a sloping ground, the acceleration a (including the gravitational acceleration component) applied in the traveling direction causes the vehicle body to act on the inclination angle with respect to the ground. has δθ,
According to the inertial navigation system for a vehicle of the present invention, the inclination angle δθ is calculated by the pitch angle correction value calculation unit from the acceleration a detected by the accelerometer, and the pitch angle calculation unit uses the δθ to calculate the pitch angle. A correction calculation is performed on the pitch angle θ calculated by the section, and the true pitch angle (ground pitch angle) θ ′ that does not include an error is input to the vertical speed calculation section. Therefore, more accurate elevation data including no error caused by the tilt of the vehicle body due to the action of the suspension mechanism can be obtained.
【図１】本発明に係る車両用慣性航法装置の実施例を示
すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a vehicle inertial navigation system according to the present invention.
【図２】車両に加わる重力加速度Ｇとその車体のピッチ
角方向の成分Ｇ1を説明するための説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining a gravitational acceleration G applied to a vehicle and a component G 1 thereof in a pitch angle direction of a vehicle body.
【図３】サスペンション機構を等価回路で表した車両の
原理的な構成図である。FIG. 3 is a principle configuration diagram of a vehicle in which a suspension mechanism is represented by an equivalent circuit.
【図４】車体が力Ｆを受けて車輪を中心にδθだけ回転
し、その結果車体が地面に対しδθだけ傾斜した状態を
示すための原理的な説明図である。FIG. 4 is a principle explanatory view for showing a state in which the vehicle body receives a force F and rotates about the wheels by δθ, and as a result, the vehicle body is inclined by δθ with respect to the ground.
【図５】従来の車両用慣性航法装置のブロック図であ
る。FIG. 5 is a block diagram of a conventional vehicle inertial navigation system.
【図６】車両の走行速度Ｖ、水平速度ＶH、鉛直速度Ｖv
とピッチ角θとの対応を示す説明図である。FIG. 6 is a vehicle traveling speed V, a horizontal speed V H , and a vertical speed V v.
It is explanatory drawing which shows the correspondence of the pitch angle (theta) and.
【図７】車両の加減速時或いは坂道登降時に、車体が地
面に対してδθだけ傾斜した状態を示すための説明図で
ある。FIG. 7 is an explanatory diagram showing a state in which the vehicle body is inclined by δθ with respect to the ground when the vehicle accelerates / decelerates or climbs up and down a slope.
１ オドメータ ２ ジャイロ ３ 走行速度計算部 ４ 鉛直速度計算部 ５ ピッチ角計算部 ７ 標高計算部 ８ 車体 ９ 地面 １０ ＩＮＳ演算部 １１ 水平面 ２１ 加速時計 ２２ ピッチ角補正値計算部 ２３ ピッチ角補正部 1 Odometer 2 Gyro 3 Running speed calculation unit 4 Vertical speed calculation unit 5 Pitch angle calculation unit 7 Elevation calculation unit 8 Body 9 Ground 10 INS calculation unit 11 Horizontal plane 21 Acceleration clock 22 Pitch angle correction value calculation unit 23 Pitch angle correction unit
Claims (1)
と、慣性航法装置演算部とにより構成されていて車体を
車輪上に支えるサスペンション機構を有する車両に搭載
され、前記慣性航法装置演算部は、走行速度計算部と、
ピッチ角補正値計算部と、ピッチ角計算部と、ピッチ角
補正部と、鉛直速度計算部と、標高計算部とを具備する
車両用慣性航法装置であって、 前記オドメータは、前記車輪の回転速度ｎを検出して前
記走行速度計算部に入力するものであり、 前記走行速度計算部は、入力された前記車輪の回転速度
ｎにスケールファクタを乗算して走行速度Ｖを計算し、
前記鉛直速度計算部に入力するものであり、 前記ジャイロは、前記車両のピッチ軸回りの回転角速度
ωθを検出して前記ピッチ角計算部に入力するものであ
り、 前記ピッチ角計算部は、入力された前記車両のピッチ軸
回りの回転角速度ωθを積分してピッチ角θを計算し、
前記ピッチ角補正部に入力するものであり、 前記加速度計は、車両に加わる走行方向の加速度ａを検
出して前記ピッチ角補正値計算部に入力するものであ
り、 前記ピッチ角補正値計算部は、入力された前記加速度ａ
に所定の係数を乗算して前記サスペンション機構に起因
する前記車体の地面に対する傾斜角δθを計算して前記
ピッチ角補正部に入力するものであり、 前記ピッチ角補正部は、入力された前記ピッチ角θより
前記車体の傾斜角δθを減算して、その差値θ′を前記
鉛直速度計算部に入力するものであり、 前記鉛直速度計算部は、入力された前記走行速度Ｖ及び
差値θ′より鉛直速度Ｖv＝Ｖsinθ′を計算して前記標
高計算部に入力するものであり、 前記標高計算部は、入力された前記鉛直速度Ｖvより車
両の出発点に対する標高Ｌvを計算して出力するもので
あることを特徴とする車両用慣性航法装置。1. A vehicle-mounted vehicle having a suspension mechanism configured to include an odometer, a gyro, an accelerometer, and an inertial navigation device computing unit for supporting a vehicle body on wheels. The calculation part,
A vehicle inertial navigation system comprising a pitch angle correction value calculation unit, a pitch angle calculation unit, a pitch angle correction unit, a vertical speed calculation unit, and an altitude calculation unit, wherein the odometer is a wheel rotation unit. The speed n is detected and input to the running speed calculator. The running speed calculator calculates the running speed V by multiplying the input rotation speed n of the wheel by a scale factor,
The gyro is for inputting to the vertical speed calculation unit, and the gyro is for inputting to the pitch angle calculation unit by detecting a rotational angular speed ωθ around the pitch axis of the vehicle, and the pitch angle calculation unit is an input. The pitch angle θ is calculated by integrating the rotational angular velocity ωθ around the pitch axis of the vehicle,
The acceleration angle is input to the pitch angle correction unit, and the accelerometer detects the acceleration a in the traveling direction applied to the vehicle and inputs the acceleration a to the pitch angle correction value calculation unit. Is the input acceleration a
Is multiplied by a predetermined coefficient to calculate an inclination angle δθ of the vehicle body with respect to the ground caused by the suspension mechanism, and the input angle is input to the pitch angle correction unit. The inclination angle δθ of the vehicle body is subtracted from the angle θ, and the difference value θ ′ is input to the vertical speed calculation unit. The vertical speed calculation unit inputs the traveling speed V and the difference value θ. The vertical velocity V v = V sin θ ′ is calculated from the ′ ′ and is input to the altitude calculation unit. The altitude calculation unit calculates the altitude L v with respect to the starting point of the vehicle from the input vertical velocity V v. An inertial navigation system for vehicles, characterized in that it is output as
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|---|---|---|---|
| JP7092696A JP2843905B2 (en) | 1996-03-04 | 1996-03-04 | Inertial navigation system for vehicles |
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|---|---|
| JP2843905B2 (en) | 1999-01-06 |
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