JPH0989578A

JPH0989578A - ナビゲーション装置

Info

Publication number: JPH0989578A
Application number: JP24113495A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Nakano; 健一中野; Kouji Yokomitsu; 康志横光; Kazuhiko Ikeda; 和彦池田; Keiichi Zenmei; 啓一善明; Tetsuya Matsuoka; 哲也松岡
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1995-09-20
Filing date: 1995-09-20
Publication date: 1997-04-04

Abstract

(57)【要約】【目的】車両が連続走行中であっても第２の角速度計
測手段に係る累積誤差を取り除き、精度の良い車両の位
置を求めることのできるナビゲーション装置を提供する
ことを目的としている。【構成】加速度センサ２、ヨージャイロ３及びピッチ
ジャイロ４を用いて車両の位置を求めるナビゲーション
装置において、ＧＰＳ受信手段８の測位データに含まれ
る精度情報が所定の値よりも大きいとピッチ角補正手段
２１が判断した場合は、距離演算手段２２において、ピ
ッチジャイロ４から得るピッチ角ではなく、ＧＰＳ受信
手段８の測位データに含まれるピッチ角を用いて車両の
移動距離を演算する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば自動車などの車
両に搭載されるナビゲーション装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】以下に従来のナビゲーション装置につい
て、図面を参照しながら説明する。

【０００３】図２は従来のナビゲーション装置の構成を
示すブロック図である。図２において、１は移動体であ
る車両（図３参照）、２は車両１の進行方向における加
速度を検出する加速度センサ、３は車両１において路面
に対する垂直軸回りの回転角速度を検出するジャイロセ
ンサ（以下「ヨージャイロ」と称する）、４は車両１に
おける進行方向と路面に対する垂直軸との双方に垂直な
軸回りの回転角速度を検出するジャイロセンサ（以下
「ピッチジャイロ」と称する）、５は加速度センサ２及
びピッチジャイロ４の出力を基に車両１の移動距離を求
める距離演算手段、６はヨージャイロ３の出力を基に車
両１の移動方位を求める方位演算手段、７は距離演算手
段５で求められた移動距離と方位演算手段６で求められ
た移動方位を基に車両１の相対位置を求める相対位置演
算手段、８は複数個のＧＰＳ衛星からの電波を同時に受
信して緯度・経度による絶対位置を求めるＧＰＳ（Grob
al Positioning System）受信手段、９はディジタル化
された地図データを記憶した地図記憶手段、１０は相対
位置演算手段７で求めた相対位置と、ＧＰＳ受信手段８
で求めた絶対位置と、地図記憶手段９より読み出した地
図データとを基に車両１の位置を最終的に決定する位置
決定手段、１１は位置決定手段１０で得られた車両１の
位置情報を地図データを共に表示する表示手段である。

【０００４】図３は従来のナビゲーション装置の車載概
念図であり、加速度センサ２、ヨージャイロ３及びピッ
チジャイロ４を車両１に搭載し、各センサの検出方向を
図示している。

【０００５】まず、加速度センサ２、ヨージャイロ３及
びピッチジャイロ４の出力を基にして車両１の位置を演
算する自立航法と呼ばれる測位について説明する。

【０００６】距離演算手段５は、加速度センサ２の出力
を２重積分することで車両１の移動距離を演算するので
あるが、図４に示すように、車両１が坂路を走行する場
合などでは、加速度センサ２の出力から得られる加速度
Ａ_nは、重力Ｇの進行方向の成分Ｇｓｉｎθ（図示せ
ず）が影響して実際の車両１の加速度ａ_nと異なってし
まう。そこで、ピッチ角θ_yを求めて加速度センサ２に
対する重力Ｇｓｉｎθの影響を取り除いてやらねばなら
ない。

【０００７】加速度センサ２及びピッチジャイロ４の出
力を所定の時間であるΔｔ時間ごとにサンプリングし、
以下の方法で車両１の進行方向における加速度を求め
る。時刻Δｔ×ｎにおいて、加速度センサ２の出力する
加速度をＡ_n、ピッチジャイロ４の出力する角速度をＷ
_ynとする。路面に対して車両１がピッチ動作方向に傾斜
した角度θ_yn（以下「ピッチ角」と称する）は、ピッチ
ジャイロ４の出力から得られる角速度Ｗ_ynより次の式で
求められる。ただし、θ_y0は時刻零での初期ピッチ角を
表している。ただし、車両１の進行方向に係る実際の加
速度をａ_nとし、車両１の質量まで考慮した重力加速度
をＧとしている。

【０００８】

【数１】

【０００９】

【数２】

【００１０】この（数２）により算出された車両１の進
行方向における加速度ａ_nより、以下の式にて車両１の
速度を演算し、さらには移動距離を演算する。時刻Δｔ
×nでの速度をｖ_n、時間周期Δｔでの移動距離をΔＤ_n
とする。ただし、ｖ₀は車両１の初期速度を示してい
る。

【００１１】

【数３】

【００１２】

【数４】

【００１３】また、方位演算手段６では、時刻Δｔ×n
でのヨージャイロ３の出力する角速度Ｗ_znより車両１の
移動方位θ_znを以下の式で求める。ただし、θ_z0は車両
１の初期方位である。

【００１４】

【数５】

【００１５】相対位置演算手段７では、（数４）及び
（数５）により演算された移動距離及び移動方位より、
図５に示す考え方を用いて、前回の位置に対する累積演
算を行なうことにより、車両の位置（ｘ_n，ｙ_n）を求め
ることができる。ただし、車両の初期位置を（ｘ₀，
ｙ₀）としている。

【００１６】

【数６】

【００１７】

【数７】

【００１８】一方、ＧＰＳ受信手段８では、３個以上の
ＧＰＳ衛星からの電波を受信し、衛星の軌道情報と衛星
からの距離とを求めることにより地球上での絶対位置を
求めることができる。しかしながらＧＰＳによる車両１
の測位では、その位置誤差が数１０〜数１００ｍと大き
くなることもあり、またトンネル内や高架下では電波を
受信することができずに測位不能となることもある。そ
こで位置決定手段１０では、相対位置演算手段７で求め
た相対位置情報と、ＧＰＳ受信手段８で求めた絶対位置
情報と、地図記憶手段９に記録された地図データとを基
に車両１の現在位置を求め、求めた車両１の現在位置
は、地図データ上に示されて表示手段１１に表示してい
た。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の構成では、加速度センサ２、ヨージャイロ３及びピッ
チジャイロ４による車両の位置の測位を行う場合、車両
１のピッチ角を求めるためにピッチジャイロ４を用いて
いるが、ジャイロセンサは物理量である角速度に応じた
電圧を出力するセンサであり、車両１が回転運動をして
いないときの出力値すなわちバイアス値や、実際に生じ
た角速度に対する出力値の感度係数が、温度や時間とと
もに変化するという特性がある。また、車両１がコーナ
ーを走行する場合など、車両１がロール方向に傾くこと
により、車両１に設置されたピッチジャイロ４も同時に
傾き、ピッチジャイロ４にロール方向の動作が漏れ込ん
でしまう。

【００２０】このようにピッチジャイロ４の出力に誤差
が含まれると、（数１）で求められるピッチ角には誤差
が含まれてしまうため、（数２）で算出された車両１の
加速度ａ_nにも誤差が生じ、移動距離の誤差が発生す
る。自立航法では累積演算を行うために、誤差も累積さ
れて次第に無視できないものとなる。

【００２１】そこで距離演算手段５で移動距離を求める
際に、ピッチジャイロ４の出力から得られるピッチ角を
キャンセルすることが必要となってくるのであるが、車
両１が静止しているときなどの車両１の実際の加速度ａ
_nが零のときは、加速度センサ２の出力Ａ_nは地球の重力
成分のみであることから、ピッチジャイロ４を使用せず
に（数２）においてピッチ角が得られ、誤差をキャンセ
ルしていくことは可能である。しかしながら、郊外の道
路や高速道路を走行している場合などでは、長時間静止
をしないため、ピッチジャイロ４の出力から得られるピ
ッチ角の誤差をキャンセルすることができずに、累積誤
差を解消できないという問題点を有していた。

【００２２】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
であり、車両が連続走行中であっても第２の角速度計測
手段に係る累積誤差を取り除き、精度の良い車両の位置
を求めることのできるナビゲーション装置を提供するこ
とを目的としている。

【００２３】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明は、複数のＧＰＳ衛星から電波を受信して測位
データを得るＧＰＳ受信手段と、車両の進行方向におけ
る加速度を計測する加速度計測手段と、車両のヨー方向
における角速度を計測する第１の角速度計測手段と、車
両のピッチ方向における角速度を計測する第２の角速度
計測手段と、第２の角速度計測手段の出力から演算した
第１のピッチ角及び加速度計測手段の出力から演算した
加速度を基にして車両の移動距離を演算する距離演算手
段と、第１のピッチ角をＧＰＳ受信手段の測位データに
含まれる第２のピッチ角に置き換えるピッチ角補正手段
と、第２の角速度計測手段の出力から車両の移動方位を
演算する方位演算手段と、距離演算手段及び方位演算手
段において演算された移動距離及び移動方位から前回の
車両の位置に基づいて車両の位置を演算する相対位置演
算手段とを備えた。

【００２４】また、複数のＧＰＳ衛星から電波を受信し
て測位データを得るＧＰＳ受信手段と、車両の進行方向
における加速度を計測する加速度計測手段と、車両のヨ
ー方向における角速度を計測する第１の角速度計測手段
と、車両のピッチ方向における角速度を計測する第２の
角速度計測手段と、第２の角速度計測手段の出力から演
算した第１のピッチ角及び加速度計測手段の出力から演
算した加速度を基にして車両の移動距離を演算する距離
演算手段と、ＧＰＳ受信手段の測位データに含まれる精
度情報が所定の値よりも大きい場合に、第１のピッチ角
を測位データに含まれる第２のピッチ角に置き換えるピ
ッチ角補正手段と、第２の角速度計測手段の出力から車
両の移動方位を演算する方位演算手段と、距離演算手段
及び方位演算手段において演算された移動距離及び移動
方位から前回の車両の位置に基づいて車両の位置を演算
する相対位置演算手段とを備えた。

【００２５】さらに、ＧＰＳ受信手段の測位データに含
まれる精度情報は、利用者等価測距誤差（ＵＥＲＥ）、
劣化係数（ＤＯＰ）、衛星受信電波強度のうち、少なく
とも１つを用いたものであることとした。

【００２６】また、複数のＧＰＳ衛星から電波を受信し
て測位データを得るＧＰＳ受信手段と、車両の進行方向
における加速度を計測する加速度計測手段と、車両のヨ
ー方向における角速度を計測する第１の角速度計測手段
と、車両のピッチ方向における角速度を計測する第２の
角速度計測手段と、第２の角速度計測手段の出力から演
算した第１のピッチ角及び加速度計測手段の出力から演
算した加速度を基にして車両の移動距離を演算する距離
演算手段と、ＧＰＳ受信手段の測位データに含まれる速
度情報が所定の値よりも大きい場合に、第１のピッチ角
を測位データに含まれる第２のピッチ角に置き換えるピ
ッチ角補正手段と、第２の角速度計測手段の出力から車
両の移動方位を演算する方位演算手段と、距離演算手段
及び方位演算手段において演算された移動距離及び移動
方位から前回の車両の位置に基づいて車両の位置を演算
する相対位置演算手段とを備えた。

【００２７】さらに、ＧＰＳ受信手段の測位データに含
まれる速度情報は、ＧＰＳ衛星から送信される信号のド
ップラー周波数の遷移より求めることとした。

【００２８】さらに、ＧＰＳ受信手段の測位データに含
まれる第２のピッチ角は、ＧＰＳ衛星から送信される信
号のドップラー周波数の遷移から求めることとした。

【００２９】

【作用】この構成により、第２の角速度計測手段の出力
から得られる第１のピッチ角を、ＧＰＳ受信手段の測位
データに含まれる第２のピッチ角に置き換えて車両の移
動距離を演算することができる。

【００３０】また、ＧＰＳ受信手段の測位データに含ま
れる精度情報が所定の値よりも大きい場合に、第２の角
速度計測手段の出力から得られる第１のピッチ角を、測
位データに含まれる精度の良い第２のピッチ角に置き換
えて車両の移動距離を演算することができる。

【００３１】また、ＧＰＳ受信手段の測位データに含ま
れる速度情報が所定の値よりも大きい場合に、第２の角
速度計測手段の出力から得られる第１のピッチ角を、測
位データに含まれる精度の良い第２のピッチ角に置き換
えて、車両の移動距離を演算することができる。

【００３２】

【実施例】以下に本発明の一実施例について、図面を参
照しながら説明する。

【００３３】図１は本発明の一実施例におけるナビゲー
ション装置の構成を示すブロック図である。図１におい
て、加速度センサ２、ヨージャイロ３、ピッチジャイロ
４、方位演算手段６、相対位置演算手段７、ＧＰＳ受信
手段８、地図記憶手段９、位置決定手段１０及び表示手
段１１は従来例と同様であるので説明を省略する。ま
た、加速度センサ２、ヨージャイロ３及びピッチジャイ
ロ４は、従来例と同様図３に示すように車両１に設置さ
れている。

【００３４】２１はＧＰＳ受信手段８で受信する測位デ
ータを用い、ピッチジャイロ４の出力から得られるピッ
チ角を補正するためのピッチ角補正手段、２２はピッチ
ジャイロ４の出力から得られるピッチ角、あるいはピッ
チ角補正手段２１から得られるピッチ角を用いて加速度
センサ２から出力された加速度を補正し、この補正され
た加速度を２重積分することで移動距離を求める距離演
算手段である。

【００３５】ＧＰＳ受信手段８がＧＰＳ衛星から受信す
る測位データには、車両１の位置情報の他に、時間情
報、車両１のピッチ角情報、車両１の速度情報、受信中
のＧＰＳ衛星の番号情報、受信電波の強度情報、出力結
果に関する精度情報などが含まれている。

【００３６】この測位データに含まれる車両１のピッチ
角情報及び速度情報は、ＧＰＳ衛星から送られてくる信
号のドップラー周波数の偏移から求めることができる。
また、ＧＰＳ受信手段８の測位データの信頼性を判定す
る基準として用いる精度情報としては、ＧＰＳ受信手段
８の測位システム誤差（ＧＰＳ衛星時計の安定度、送信
信号の伝搬遅延、軌道予熱など）である利用者等価測距
誤差（User Equinalent Error：以下「ＵＥＲＥ」と称
する）や、ＧＰＳ受信手段８が受信するＧＰＳ衛星の配
置に関する幾何学的劣化係数である劣化係数（以下「Ｄ
ＯＰ」と称する）や、ＧＰＳ衛星から送信される信号の
電波強度などのうちの少なくとも１つの情報を使用して
いる。

【００３７】以上のように構成されたナビゲーション装
置について、以下にその動作について説明する。

【００３８】図１に示すように、本実施例のナビゲーシ
ョン装置が自立航法により車両の位置を求める場合、従
来例と同様に、加速度センサ２、ヨージャイロ３及びピ
ッチジャイロ４の出力から、距離演算手段２２及び方位
演算手段６においてそれぞれ車両の移動距離及び移動方
位を求め、相対位置演算手段７において車両の位置を求
める。距離演算手段２２、方位演算手段６及び相対位置
演算手段７における詳しい演算の内容については、従来
例に示しているので省略する。

【００３９】本実施例ではさらに、ピッチ角補正手段２
１において、ＧＰＳ受信手段８の測位データに含まれる
精度情報の値が予め定めている所定の値よりも大きいと
判断したとき、すなわちＧＰＳ受信手段８の測位データ
の測位精度が高いとき、距離演算手段２２では、ピッチ
ジャイロ４の出力から求めていたピッチ角を、測位デー
タに含まれたピッチ角に置き換えて演算を行う。

【００４０】これは、従来例に示す（数２）において、
（数１）を使用せずに、ＧＰＳ受信手段８の測位データ
から得たピッチ角をθ_ynとして用いることを示してい
る。

【００４１】また、ピッチ角補正手段２１が、ピッチジ
ャイロ４の出力から得るピッチ角をＧＰＳ受信手段８の
測位データに含まれるピッチ角に置き換える際の判断基
準として、上記したＵＥＲＥ、ＤＯＰ及び電波強度など
の精度情報に限らず、ＧＰＳ受信手段８の測位データに
含まれる車両の速度情報を判断基準としても良い。これ
は、車両１の速度が大きければ車両の移動距離が大きく
なり、ＧＰＳ受信手段８の測位データに含まれるピッチ
角の精度が向上するからである。

【００４２】つまり、ピッチ角補正手段２１が測位デー
タに含まれる速度情報が所定の値よりも大きいと判断し
たきに、距離演算手段２２においてピッチジャイロ４の
出力から得られるピッチ角をＧＰＳ受信手段８の測位デ
ータに含まれるピッチ角に置き換えて演算を行う。

【００４３】なお、本実施例では、ピッチジャイロ４つ
まりジャイロセンサを用いてピッチ角を求めているが、
これに限るものではなく、加速度センサなどであっても
同様に実施可能であることは言うまでもない。

【００４４】以上のように本実施例では、車両が長時間
連続走行している場合であっても、測位データの信頼度
が高い場合に、ピッチジャイロ４の出力から得るピッチ
角をＧＰＳ受信手段８の測位データに含まれるピッチ角
に置き換えることで、ピッチジャイロ４に基づいた累積
誤差をキャンセルし、距離演算手段２２で求める移動距
離の精度を向上することができる。

【００４５】

【発明の効果】以上のように本発明は、第２の角速度計
測手段の出力から得られる第１のピッチ角を、ＧＰＳ受
信手段の測位データに含まれる第２のピッチ角に置き換
えて車両の移動距離を演算することができるので、第２
の角速度計測手段に係る累積誤差をキャンセルすること
ができる。

【００４６】また、ＧＰＳ受信手段の測位データに含ま
れる精度情報が所定の値よりも大きい場合に、第２の角
速度計測手段の出力から得られる第１のピッチ角を、測
位データに含まれる第２のピッチ角に置き換えて車両の
移動距離を演算するので、第２の角速度計測手段に係る
累積誤差をキャンセルすることができると共に、距離演
算手段で求める移動距離の精度を向上することができ
る。

【００４７】また、ＧＰＳ受信手段の測位データに含ま
れる速度情報が所定の値よりも大きい場合に、第２の角
速度計測手段の出力から得られる第１のピッチ角を、測
位データに含まれる第２のピッチ角に置き換えて車両の
移動距離を演算するので、第２の角速度計測手段に係る
累積誤差をキャンセルすることができると共に、距離演
算手段で求める移動距離の精度を向上することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例におけるナビゲーション装置
の構成を示すブロック図

【図２】従来のナビゲーション装置の構成を示すブロッ
ク図

【図３】従来のナビゲーション装置の車載概念図

【図４】従来のナビゲーション装置の坂路走行の説明図

【図５】従来のナビゲーション装置の位置演算の概念図

【符号の説明】

２加速度センサ（加速度計測手段）３ヨージャイロ（第１の角速度計測手段）４ピッチジャイロ（第２の角速度計測手段）５距離演算手段６方位演算手段７相対位置演算手段８ＧＰＳ受信手段１０位置決定手段２１ピッチ角補正手段２２距離演算手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者善明啓一大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者松岡哲也大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のＧＰＳ衛星から電波を受信して測位
データを得るＧＰＳ受信手段と、車両の進行方向におけ
る加速度を計測する加速度計測手段と、車両のヨー方向
における角速度を計測する第１の角速度計測手段と、車
両のピッチ方向における角速度を計測する第２の角速度
計測手段と、前記第２の角速度計測手段の出力から演算
した第１のピッチ角及び前記加速度計測手段の出力から
演算した加速度を基にして車両の移動距離を演算する距
離演算手段と、前記第１のピッチ角を前記ＧＰＳ受信手
段の測位データに含まれる第２のピッチ角に置き換える
ピッチ角補正手段と、前記第１の角速度計測手段の出力
から車両の移動方位を演算する方位演算手段と、前記距
離演算手段及び前記方位演算手段において演算された移
動距離及び移動方位から前回の車両の位置に基づいて車
両の位置を演算する相対位置演算手段とを備えたことを
特徴とするナビゲーション装置。
【請求項２】複数のＧＰＳ衛星から電波を受信して測位
データを得るＧＰＳ受信手段と、車両の進行方向におけ
る加速度を計測する加速度計測手段と、車両のヨー方向
における角速度を計測する第１の角速度計測手段と、車
両のピッチ方向における角速度を計測する第２の角速度
計測手段と、前記第２の角速度計測手段の出力から演算
した第１のピッチ角及び前記加速度計測手段の出力から
演算した加速度を基にして車両の移動距離を演算する距
離演算手段と、前記ＧＰＳ受信手段の測位データに含ま
れる精度情報が所定の値よりも大きい場合に、前記第１
のピッチ角を前記測位データに含まれる第２のピッチ角
に置き換えるピッチ角補正手段と、前記第１の角速度計
測手段の出力から車両の移動方位を演算する方位演算手
段と、前記距離演算手段及び前記方位演算手段において
演算された移動距離及び移動方位から前回の車両の位置
に基づいて車両の位置を演算する相対位置演算手段とを
備えたことを特徴とするナビゲーション装置。
【請求項３】前記ＧＰＳ受信手段の測位データに含まれ
る精度情報は、利用者等価測距誤差（ＵＥＲＥ）、劣化
係数（ＤＯＰ）、衛星受信電波強度のうち、少なくとも
１つを用いたものであることを特徴とする請求項１また
は請求項２記載のナビゲーション装置。
【請求項４】複数のＧＰＳ衛星から電波を受信して測位
データを得るＧＰＳ受信手段と、車両の進行方向におけ
る加速度を計測する加速度計測手段と、車両のヨー方向
における角速度を計測する第１の角速度計測手段と、車
両のピッチ方向における角速度を計測する第２の角速度
計測手段と、前記第２の角速度計測手段の出力から演算
した第１のピッチ角及び前記加速度計測手段の出力から
演算した加速度を基にして車両の移動距離を演算する距
離演算手段と、前記ＧＰＳ受信手段の測位データに含ま
れる速度情報が所定の値よりも大きい場合に、前記第１
のピッチ角を前記測位データに含まれる第２のピッチ角
に置き換えるピッチ角補正手段と、前記第１の角速度計
測手段の出力から車両の移動方位を演算する方位演算手
段と、前記距離演算手段及び前記方位演算手段において
演算された移動距離及び移動方位から前回の車両の位置
に基づいて車両の位置を演算する相対位置演算手段とを
備えたことを特徴とするナビゲーション装置。
【請求項５】前記ＧＰＳ受信手段の測位データに含まれ
る速度情報は、ＧＰＳ衛星から送信される信号のドップ
ラー周波数の遷移より求めたものであることを特徴とす
る請求項４記載のナビゲーション装置。
【請求項６】前記ＧＰＳ受信手段の測位データに含まれ
る第２のピッチ角は、ＧＰＳ衛星から送信される信号の
ドップラー周波数の遷移から求めたものであることを特
徴とする請求項１または請求項２または請求項４記載の
ナビゲーション装置。