JPH11295089A - 速度計測方法および速度計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 移動体に設けられた加速度センサとＧＰＳを
用いて移動体の速度を計測する方法において、ＧＰＳの
情報を利用するとともに、ＧＰＳの情報が利用できない
ときであっても、重力加速度の影響をキャンセルし、精
度の高い速度を計測できるようにする。 【解決手段】 ＧＰＳ受信機１２、加速度センサ１３、
角速度センサ１４の各データを記憶手段１７に一時記憶
する。ＧＰＳ情報による速度が有効に使用できる場合
は、ＧＰＳと加速度センサによる加速度センサオフセッ
ト算出手段３１で、重力加速度の影響を考慮に入れた加
速度センサオフセットを算出する。またＧＰＳ情報の速
度が有効使用できない場合は、角速度センサによる加速
度センサオフセット算出手段３２で、重力加速度の影響
を考慮に入れた加速度センサオフセットを算出する。算
出された加速度センサオフセットを用いて速度を算出す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は移動体、例えば自動
車の速度計測に適用される速度計測装置および速度計測
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、移動体の速度を計測する装置とし
ては、例えば加速度センサを利用して移動体の速度を計
測する速度計測速度があった。この速度計測装置では、
移動体に加速度センサを設け、加速度センサの出力であ
る加速度に移動時間をかけて移動体の移動速度を計測し
ていた。

【０００３】また衛星からの衛星電波を受信して移動体
の方位、位置、速度に関する情報を得るグローバルポジ
ショニングシステム（以下、ＧＰＳと称する）による計
測装置や、該ＧＰＳと前記加速度センサを組み合わせた
計測装置があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の加速度センサを
利用した速度計測装置では、振動や温度変化などの外
乱、傾きによる重力加速度の影響など誤差要因が多く、
加速度センサだけで速度を算出するのは難しかった。

【０００５】また、ＧＰＳの情報により速度を算出する
ことができるが、低速時や、ＧＰＳが受信できない時な
どは速度が算出できなく、装置としては成り立たなかっ
た。

【０００６】さらに、加速度センサとＧＰＳを組み合わ
せた速度計測装置においても、ＧＰＳを補間するため常
に傾き（装置の設置方法による傾き、前述装置の搭載さ
れる移動体の傾き、前述移動体の進む路面の傾き等）に
よる重力加速度の影響を計算しておく必要があり、角度
センサや角速度センサなどの傾きを検出できるセンサで
は、温度変化によるドリフトや振動などの外乱により誤
差が大きくなってしまう問題点があった。

【０００７】本発明は上記の点に鑑みてなされたもので
その目的は、ＧＰＳの情報を利用するとともに、ＧＰＳ
の情報が利用できないときであっても、重力加速度の影
響をキャンセルし、精度の高い速度を計測することがで
きる速度計測方法および速度計測装置を提供することに
ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】（１）本発明の速度計測
方法は、移動体に設けられた加速度センサとグローバル
ポジショニングシステムを用いて前記移動体の速度を計
測する速度計測方法において、前記グローバルポジショ
ニングシステムで得られた情報が所定条件を満たすとき
は、当該グローバルポジショニングシステムで得られた
情報に基づく速度を速度計測値とし、前記グローバルポ
ジショニングシステムで得られた情報が所定条件を満た
さないときは、前記加速度センサの出力値に基づく速度
を速度計測値とすることを特徴とし、前記加速度センサ
の出力値に基づく速度は、加速度センサのオフセット
を、傾きによる重力加速度成分について補正し、算出さ
れた速度であることを特徴とし、 前記傾きによる重力
加速度成分についての補正は、前記グローバルポジショ
ニングシステムの情報が所定条件を満たすときは当該グ
ローバルポジショニングシステムの情報を用いて補正
し、前記グローバルポジショニングシステムの情報が所
定条件を満たさないときは傾き変化を検出するセンサの
検出出力を用いて補正するものであることを特徴とし、
また、移動体に設けられた加速度センサとグローバルポ
ジショニングシステムを用いて前記移動体の速度を計測
する速度計測方法において、前記加速度センサのオフセ
ットを、傾きによる重力加速度成分について補正し、速
度を算出することを特徴とし、前記傾きによる重力加速
度成分についての補正は、前記グローバルポジショニン
グシステムの情報が所定条件を満たすときは当該グロー
バルポジショニングシステムの情報を用いて補正し、前
記グローバルポジショニングシステムの情報が所定条件
を満たさないときは傾き変化を検出するセンサの検出出
力を用いて補正するものであることを特徴とし、前記グ
ローバルポジショニングシステムを用いた加速度センサ
のオフセットの補正は、グローバルポジショニングシス
テムにより計測された速度情報と、前記加速度センサに
より計測される加速度情報のそれぞれの平均値に基づい
て行うことを特徴としている。

【０００９】（２）本発明の速度計測装置は、加速度セ
ンサとグローバルポジショニングシステムで得られた情
報に基づいて加速度センサの傾きによる重力加速度成分
を補正したオフセットを算出する第１の補正手段と、前
記第１の補正手段と、傾き変化を検出するセンサとで得
られた情報に基づいて加速度センサの傾きによる重力加
速度成分を補正したオフセットを算出する第２の補正手
段とを備え、前記グローバルポジショニングシステムの
情報が所定条件を満たすときは前記第１の補正手段で算
出された加速度センサのオフセットを用いて速度を算出
し、前記グローバルポジショニングシステムの情報が所
定条件を満たさないときは前記第２の補正手段で算出さ
れた加速度センサのオフセットを用いて速度を算出する
ことを特徴とし、前記グローバルポジショニングシステ
ムを用いた加速度センサのオフセットの補正は、グロー
バルポジショニングシステムにより計測された速度情報
と、前記加速度センサにより計測される加速度情報のそ
れぞれの平均値に基づいて行うことを特徴としている。

【００１０】（３）本発明の速度計測方法および速度計
測速度において、加速度センサのオフセットは、グロー
バルポジショニングシステムが利用できる場合も、利用
できない場合も、装置の設置方法による傾き、前述装置
の搭載される移動体の傾き、前述移動体の進む路面の傾
き等による重力加速度成分が補正される。このため常に
精度の高い速度を計測することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施形態例を説明する。図１は本発明の実施形態の基
本構成例として、速度計測装置１０をナビゲーションシ
ステム１９と接続した場合のブロック図を示している。

【００１２】図１において、速度計測装置１０は、ＧＰ
Ｓアンテナ１１と、ＧＰＳアンテナ１１から受信した信
号をデコードする周知のＧＰＳ用のＧＰＳ受信機１２
と、移動体の加速度を静電容量方式により計測する加速
度センサ１３と、移動体の進行方向の傾き変化の角速度
を検出する角速度センサ１４と、加速度センサ１３およ
び角速度センサ１４からのアナログ出力の加速度値及び
角速度値をディジタル値に変換するＡ／Ｄコンバータ１
５と、ＧＰＳ受信機１２からの情報及び加速度センサ１
３および角速度センサ１４からのディジタルの加速度
値、角速度値に基づいて加速度センサのオフセット等を
演算するマイクロプロセッサユニットから成る演算処理
部１６と、演算処理部１６の演算処理のためにＧＰＳ受
信機１２からの情報及び加速度センサ１３及び角速度セ
ンサ１４からのディジタルの加速度値、角速度値のデー
タを一時的に格納するメモリ１７と、演算処理部１６で
演算された速度データや位置データを外部のナビゲーシ
ョンシステム１９に出力するためのインターフェースを
行う通信部１８とを備えて構成される。

【００１３】ここで、ＧＰＳ受信機１２は接続したアン
テナ１１によって衛星から４波のＧＰＳ電波Ｗａ，Ｗ
ｂ，Ｗｃ，Ｗｄを受信し、この受信位置の経度、緯度、
高度の絶対座標および時刻の情報と、対地絶対速度情報
を出力するように構成されている。また、加速度センサ
１３は、加速度＝力／質量の関係を利用して加速度を計
測するものであり、力を計測する変換器として、例えば
板バネで支持された質量の変位をコンデンサに蓄積され
る静電容量の変化として計測する静電容量方式を用いた
ものである。

【００１４】ナビゲーションシステム１９は、速度計測
装置１０から供給された移動体の速度データとＧＰＳデ
ータをもとに移動体の現在位置を地図データ上に表示す
ると共に、経度、緯度、高度、日時の表示、目的地まで
の方位、距離、推定到着時刻、推定到着所要時間等のＧ
ＰＳデータの表示を行う。

【００１５】前記演算処理部１６は、ＧＰＳ受信機１２
からの絶対的な速度情報を用いて、加速度センサ１３、
角速度センサ１４の出力値を考慮に入れながら加速度セ
ンサ１３の適切なオフセットを算出し、そのオフセット
を用いて移動体の速度を算出するものである。

【００１６】例えば、移動体が上り坂道等を移動する場
合に加速度センサの出力値が重力加速度の影響で大きく
なっても、ＧＰＳ受信機１２からの絶対的な速度情報を
用いることにより、適切なオフセットを算出することが
できる。また同様にして、温度変化によるオフセット変
動も演算することができる。

【００１７】尚、演算処理部１６の機能は、ナビゲーシ
ョンシステム１９の中にある演算処理部で行ってもかま
わない。また速度計測装置１０はナビゲーションシステ
ム１９の中に取り込まれてもかまわない。

【００１８】図２に速度計測装置１０に搭載される加速
度センサ１３と角速度センサ１４の検出する運動方向を
示す。加速度センサ１３は移動体２０の進行方向（２
２）の加速度を検出する。角速度センサ１４は移動体２
０の進行方向の傾き変化（２１）の角速度を検出する。

【００１９】本発明では、移動体の移動速度を算出する
にあたって、主にＧＰＳからの情報を利用して速度を算
出し、ＧＰＳ情報が得られない時や、ＧＰＳ情報から求
まる速度精度が取れない時などは、加速度センサ情報を
利用して速度を算出する。この際、加速度センサのオフ
セットは重力加速度を考慮に入れた適切な値であり、移
動体の進んでいる路面等の状況によって、逐次、算出さ
れる必要がある。

【００２０】以下に、重力加速度を考慮に入れた加速度
センサのオフセット算出方法を記す。

【００２１】［ＧＰＳ情報が利用できる時：ＧＰＳ情報
を利用する速度算出方法］まず図３に、本実施の形態の
坂道での移動体の状態を示す。図３において、移動体２
０が水平面に対して角度θ［ｒａｄ］だけ傾斜した坂道
２３上を移動するときに、移動体２０の移動による坂道
２３の上方向の加速度の他に重力加速度ｇによる坂道２
３の下方向の重力加速度成分ｇ＊ｓｉｎθが生じる。こ
のように、移動体２０が水平面に対してθだけ傾斜した
坂道２３を移動する場合には、加速度センサ１３に加わ
る加速度のうち、移動体２０の加速度と移動体２１の傾
きθによる重力加速度成分をオフセットとして分離する
ことが必要となる。

【００２２】加速度センサ１３からの出力に基づいて演
算処理部１６において、移動体の速度ｖを算出するに
は、次の（１）式により演算される。

【００２３】ｖ＝ａｓ＊ｔ…（１） ここでｖ［ｍ／ｓ］は速度、ａｓ［ｍ／ｓ²］は重力加
速度成分ｇ＊ｓｉｎθ［ｒａｄ］を除いた加速度、ｔ
［ｓ］は時間である。

【００２４】また、重力加速度成分ｇ＊ｓｉｎθを除い
た加速度ａｓは、次の（２）式により演算される。

【００２５】 ａｓ＝Ａｓ−ｇ＊ｓｉｎθ＝（Ｖｏｕｔ−Ｖｏｆｆｓｅｔ）／Ｓ＊ｇ…（２） ここで、Ｖｏｕｔは加速度センサの出力［ｍＶ］、Ｖｏ
ｆｆｓｅｔは重力加速度成分を考慮した加速度センサの
オフセット［ｍＶ］、Ｓは加速度センサの感度［ｍＶ／
Ｇ］、ｇは１Ｇ当たりの重力加速度［ｍ／ｓ²］、Ａｓ
は重力加速度成分を含む加速度［ｍ／ｓ²］、θは傾き
角度［ｒａｄ］である。尚傾きセンサのオフセットＶｏ
ｆｆｓｅｔは、路面の状況に応じて変わる値である。

【００２６】例えば移動体が斜面を上昇するときはオフ
セットＶｏｆｆｓｅｔは重力加速度成分だけ上昇し、移
動体が斜面を下降するときはオフセットＶｏｆｆｓｅｔ
は重力加速度成分だけ下降する。

【００２７】ここで、加速度センサ１３で算出した加速
度ａｓがＧＰＳ受信機１２の速度情報から算出した加速
度ａｇ［ｍ／ｓ²］に等しいから、次の（３）式が成立
する。

【００２８】ａｓ＝ａｇ…（３） 前記（２）、（３）式から次の（４）式が求められる。

【００２９】 ａｇ＝（Ｖｏｕｔ−Ｖｏｆｆｓｅｔ）／Ｓ＊ｇ…（４） したがって（４）式から次の（５）式が求められる。

【００３０】 Ｖｏｆｆｓｅｔ＝Ｖｏｕｔ−ａｇ＊Ｓ／ｇ…（５） また、ＧＰＳ受信機１２からの速度ｖｇ［ｍ／ｓ］はＧ
ＰＳ受信機１２からの加速度ａｇから次の（６）式によ
り求められる。

【００３１】ｖｇ＝ａｇ＊ｔ…（６） したがって（５）式、（６）式から次の（７）式が求め
られる。

【００３２】 Ｖｏｆｆｓｅｔ＝Ｖｏｕｔ−ｖｇ＊Ｓ／ｇ／ｔ…（７） このようにして、（７）式から移動体２０の加速度と移
動体２０の傾きθによる重力加速度成分の速度をオフセ
ットＶｏｆｆｓｅｔとして分離することができる。

【００３３】更に（５）式および（７）式に示すオフセ
ットは、ＧＰＳデータから求められる速度、加速度に数
パーセントの範囲で誤差があるので、数秒間だけ演算処
理部１６において平均化して次の（８）式及び（９）式
を求めることにより、一層、速度計測精度、安定性を向
上させることができる。また、ＧＰＳ受信機１２におい
て衛星からのＧＰＳデータの受信状況が良いときにＧＰ
Ｓ受信機１２からの加速度ａｇのデータを取り入れるよ
うにする。

【００３４】 ”Ｖｏｆｆｓｅｔ”＝”Ｖｏｕｔ”−”ａｇ”＊Ｓ／ｇ…（８） ”Ｖｏｆｆｓｅｔ”＝”Ｖｏｕｔ”−”ｖｇ”＊Ｓ／ｇ／ｔ…（９） ただし、Ｓ，ｇは一定であり、”Ｖｏｆｆｓｅｔ”はあ
る時間での加速度センサのオフセットＶｏｆｆｓｅｔの
平均値、”Ｖｏｕｔ”はある時間での加速度センサの出
力Ｖｏｕｔの平均値、”ｖｇ”はある時間でのＧＰＳ受
信機１２からの速度ｖｇの平均値である。

【００３５】上述したように（５）式および（７）式か
ら加速度センサの理論上の速度のオフセットは求められ
るが、（８）式および（９）式からある時間での加速度
センサのオフセットの平均値”Ｖｏｆｆｓｅｔ”を利用
したほうが、ノイズ等の影響が少なくなり、誤差の少な
い良好な速度計測値が得られる。このようにしてえらえ
た加速度センサのオフセットの平均値”Ｖｏｆｆｓｅ
ｔ”を起動時のデータから順次バッファリングして、
（１）式および（２）式に順次代入して演算することに
より、速度が求められる。

【００３６】［ＧＰＳ情報が利用できない時］図３にお
いて坂道２３で移動体２０が受ける重力加速度は坂道の
斜度をθ［ｒａｄ］、１Ｇ当たりの重力加速度をｇ［ｍ
／ｓ²］とすると ｇ＊ｓｉｎθ［ｍ／ｓ²］ …………（１０） である。

【００３７】この重力加速度を考慮に入れた加速度セン
サオフセットをＶｏｆｆｓｅｔθ［ｍＶ］とすると、加
速度センサに加わる傾き変化による重力加速度の変化を
示す図４においては、斜面２４の斜度がθ１［ｒａ
ｄ］、θ２［ｒａｄ］にある時の加速度センサオフセッ
トはそれぞれＶｏｆｆｓｅｔθ１［ｍＶ］、Ｖｏｆｆｓ
ｅｔθ２［ｍＶ］となる。

【００３８】ここで、斜面２４が斜度θ１からθ２に変
化した（移動した）とすると、斜度θ２で加速度センサ
１３に加わる重力加速度は斜度θ１の時に比べ、 ｇ＊ｓｉｎθ３［ｍ／ｓ²］ …………（１１） だけ、増加している。但し、θ３＝θ２−θ１［ｒａ
ｄ］よって、斜度θ２の時、計測される加速度より前記
（１１）式分の加速度を引かなければならない。従っ
て、斜度θ２の時の加速度は、 （Ｖｏｕｔ−Ｖｏｆｆｓｅｔθ１）／Ｓ＊ｇ−ｇ＊ｓｉｎθ３［ｍ／ｓ²］ …………（１２） で表せる。ここでＶｏｕｔは加速度センサ出力［ｍ
Ｖ］、Ｓは加速度センサ感度［ｍＶ／Ｇ］を各々表して
いる。

【００３９】前記（１２）式を変形すると、 （Ｖｏｕｔ−（Ｖｏｆｆｓｅｔθ１＋Ｓ＊ｓｉｎθ３））／Ｓ＊ｇ［ｍ／ｓ ² ］ …………（１３） よって、斜度θ２の時、加速度センサオフセットＶｏｆ
ｆｓｅｔθ２は Ｖｏｆｆｓｅｔθ２＝Ｖｏｆｆｓｅｔθ１＋Ｓ＊ｓｉｎθ３［ｍＶ］ …………（１４） となる。実際に、Ｖｏｆｆｓｅｔθ１は、加速度センサ
の初期値（システム起動時の加速度センサ出力）や、移
動体が停止している時の加速度センサ出力や、ＧＰＳ情
報と加速度センサ出力で求められた加速度センサオフセ
ット（［前記ＧＰＳ情報を利用する速度算出方法］）を
用いる。またθ３は角速度センサ情報によって求める。

【００４０】求まった加速度センサオフセットＶｏｆｆ
ｓｅｔθ２を用いて、速度を算出すると、 ｖ＝ａ＊ｔ＝（Ｖｏｕｔ−Ｖｏｆｆｓｅｔθ２）／Ｓ＊ｇ＊ｔ［ｍ／ｓ］ …………（１５） となる。ただしｖは速度［ｍ／ｓ］、ａは加速度［ｍ／
ｓ²］、ｔは時間（秒）［ｓ］である。

【００４１】以上のように、加速度センサの重力加速度
を考慮したオフセットは、ＧＰＳを補間するために、常
に、計算し更新しておかなければならない。

【００４２】この加速度センサオフセット補正は、例え
ば、図５（ａ）に示すように移動体２０が道路２５をＡ
４からＦ４までを走行したとすると、補正される加速度
センサオフセットのグラフは図５（ｂ）のようになる。

【００４３】すなわちＡ４〜Ｂ４区間での加速度センサ
オフセット電圧はＶ１、Ｂ４〜Ｃ４区間での加速度セン
サオフセット電圧はＶ２、Ｃ４〜Ｄ４区間での加速度セ
ンサオフセット電圧はＶ１、Ｄ４〜Ｅ４区間での加速度
センサオフセット電圧はＶ０、Ｅ４〜Ｆ４区間での加速
度センサオフセット電圧はＶ１、のそれぞれの値とな
る。

【００４４】ここでＡ４〜Ｂ４区間を移動体２０が走行
中の加速度センサオフセット電圧Ｖ１と、Ｂ４〜Ｃ４区
間を移動体２０が走行中の加速度センサオフセット電圧
Ｖ２との差は、Ａ４〜Ｂ４区間とＢ４〜Ｃ４区間との角
度差θ４分の重力加速度成分ｇ＊ｓｉｎθ４の影響によ
るものである。

【００４５】次に図６に速度計測装置１０の機能ブロッ
ク図を示す。図６（ａ）において、移動体２０の進行方
向（２２）に加わる加速度に応じてアナログ電圧が出力
される加速度センサ１３からの加速度センサ出力データ
と、移動体２０の進行方向の傾き変化（２１）の角速度
に応じてアナログ電圧が出力される角速度センサ１４か
らの角速度センサ出力データと、ＧＰＳ受信機１２の情
報から得られる速度情報を各データ取得手段３０によっ
て取得し、その各データを記憶手段（メモリ）１７で、
一時、記憶する。

【００４６】記憶された各データを用いて、重力加速度
の影響を考慮に入れた加速度センサのオフセットを計算
する。ＧＰＳ情報による速度が有効に使用できる場合
（場合１）は、ＧＰＳと加速度センサによる加速度セン
サオフセット算出手段３１で、重力加速度の影響を考慮
に入れた加速度センサオフセットを算出する（前述した
［ＧＰＳ情報が利用できる時：ＧＰＳ情報を利用する速
度算出方法］の項で述べた方法による）。

【００４７】またＧＰＳ情報による速度が有効に使用で
きない場合（場合２）は、角速度センサによる加速度セ
ンサオフセット算出手段３２で、重力加速度の影響を考
慮に入れた加速度センサオフセットを算出する。速度算
出手段３３では、ＧＰＳ情報による速度が有効に使用で
きる場合（場合３）、その速度を速度計測装置１０が計
測する速度とし、ＧＰＳ情報による速度が有効に使用で
きない場合（場合４）、ＧＰＳと加速度センサによる加
速度センサオフセット算出手段３１、あるいは、角速度
センサによる加速度センサオフセット算出手段３２で求
めた加速度センサオフセットを用いて速度を算出し、そ
の速度を速度計測装置１０が計測する速度とする。

【００４８】また、上述の場合１と場合２の条件と、場
合３と場合４の条件は異なってもかまわない。

【００４９】例えば、 場合１：ＧＰＳの受信良好、かつ、ＧＰＳ情報から求ま
る速度が１０ｋｍ／以上 場合２：場合１以外 場合３：ＧＰＳの受信良好 場合４：場合３以外 という、異なる条件でもかまわない。

【００５０】尚ＧＰＳと加速度センサによる加速度セン
サオフセット算出手段３１は図６（ｂ）のように構成さ
れている。すなわち、記憶手段１７に記憶されたＧＰＳ
受信機１２からの速度情報を基に平均値を算出するＧＰ
Ｓ加速度（速度）平均算出手段３４と、記憶手段１７に
記憶された加速度センサ出力値を基に平均を算出する加
速度センサ出力平均算出手段３５とＧＰＳ加速度（速
度）平均値と加速度センサ出力平均値とを用いて、加速
度センサオフセットを算出する加速度センサオフセット
算出手段３６とから成る。

【００５１】例えば、各データ取得手段３０における加
速度センサ１３からの加速度センサ出力値データおよび
ＧＰＳ受信機１２からの速度情報の各データのサンプリ
ング時間をｔ、サンプリング時間ｔの期間に取得できる
データの数をｘ、加速度センサの出力値をｓｖｄ１，ｓ
ｖｄ２，・・・ｓｖｄｘ、ＧＰＳ受信機１２からの速度
データをｇｖｄ１，ｇｖｄ２，・・・ｇｖｄｘ、加速度
センサ出力平均算出手段３５における加速度センサの出
力平均値を”ｓｖｄ”、ＧＰＳ加速度（速度）平均算出
手段３４におけるＧＰＳ受信機１２からの速度データ平
均値を”ｇｖｄ”、ＧＰＳ加速度（速度）平均算出手段
３４におけるＧＰＳ受信機１２からの加速度データ平均
値を”ｇａｄ”とすると、加速度センサの出力平均値”
ｓｖｄ”は以下の（１６）式、ＧＰＳ受信機１２からの
速度データ平均値”ｇｖｄ”は以下の（１７）式、ＧＰ
Ｓ受信機１２からの加速度データ平均値”ｇａｄ”は以
下の（１８）式により、それぞれ求められる。

【００５２】 ”ｓｖｄ”＝（ｓｖｄ１＋ｓｖｄ２＋・・・＋ｓｖｄｘ）／ｘ…（１６） ”ｇｖｄ”＝（ｇｖｄ１＋ｇｖｄ２＋・・・＋ｇｖｄｘ）／ｘ…（１７） ”ｇａｄ”＝（ｇｖｄｘ−ｇｖｄ１）／ｔ／ｘ…（１８） また、加速度センサオフセット算出手段３６における加
速度センサオフセットをＳＤｏｆｆｓｅｔとすると、
（８）式、（１６）式および（１８）式より、加速度セ
ンサオフセットＳＤｏｆｆｓｅｔは以下の（１９）式に
より求められる。

【００５３】 ＳＤｏｆｆｓｅｔ＝”ｓｖｄ”−”ｇａｄ”＊Ｓ／ｇ…（１９） また（９）式、（１６）式および（１７）式より、加速
度センサオフセットＳＤｏｆｆｓｅｔは以下の（２０）
式により求められる。

【００５４】 ＳＤｏｆｆｓｅｔ＝”ｓｖｄ”−”ｇｖｄ”＊Ｓ／ｇ／ｔ…（２０） 従って、（１）式および（２）式から速度算出手段３３
における速度ｖｅｌｏｃｉｔｙは、加速度センサの出力
をＳＤｏｕｔとすると、以下の（２１）式により求めら
れる。

【００５５】 ｖｅｌｏｃｉｔｙ＝（ＳＤｏｕｔ−ＳＤｏｆｆｓｅｔ）／Ｓ＊ｇ＊ｔ…（２１ ） このようにして、（１９）式または（２０）式から重力
加速度成分や温度ドリフトの影響を削除するような加速
度センサのオフセットを逐次算出し、更新することによ
って精度の高い速度を算出することができる。

【００５６】次に図７に速度計測装置１０が速度を算出
するフローチャートを示す。

【００５７】このフローチャートは、上述の場合１と場
合２の条件と場合３と場合４の条件が同じ場合である。

【００５８】まずステップＳ１で、加速度センサオフセ
ットと速度の初期値を代入する。加速度センサオフセッ
ト初期値はシステム起動時の加速度センサ出力値を、速
度は０ｋｍ／ｈを代入する。

【００５９】次にステップＳ２で、加速度センサ、角速
度センサ、ＧＰＳデータの取込（メモリ１７への格納）
を行う。

【００６０】ステップＳ３では、ＧＰＳ情報から求まる
速度の信頼性を検査する。ＧＰＳは良好に測位してい
て、かつ、ＧＰＳ情報から求まる速度がある一定の速度
以上であることが信頼性ありの条件になっている。

【００６１】これは、ＧＰＳ情報から求まる速度は、良
好にＧＰＳデータを受信していても低速度においては誤
差が大きいからである。

【００６２】ステップＳ４では、ステップＳ３でＧＰＳ
情報から求まる速度の信頼性があると判断した場合、Ｇ
ＰＳデータと加速度センサデータを用いて加速度センサ
のオフセットを算出する（後述の図８のフローに沿って
実行する）。

【００６３】次にステップＳ５では、ステップＳ３でＧ
ＰＳ情報から求まる速度の信頼性があると判断したの
で、ＧＰＳデータを用いて速度を算出する。

【００６４】またステップＳ６では、ステップＳ３でＧ
ＰＳ情報から求まる速度の信頼性がないと判断した場
合、速度計測装置１０（または、速度計測装置１０を搭
載した移動体）が移動中か停止中か判断する。

【００６５】その結果ステップＳ７では、ステップＳ６
で速度計測装置１０（または、速度計測装置１０を搭載
した移動体）が停止していると判断した場合、その時の
加速度センサと角速度センサの出力値をそれぞれ加速度
センサと角速度センサのオフセットとして更新する。

【００６６】次にステップＳ８では、ステップＳ６で速
度計測装置１０（または、速度計測装置１０を搭載した
移動体）が停止していると判断したので、速度を０ｋｍ
／ｈとする。

【００６７】またステップＳ９では、ステップＳ３でＧ
ＰＳ情報から求まる速度の信頼性がないと判断し、か
つ、ステップＳ６で速度計測装置１０（または、速度計
測装置１０を搭載した移動体）が移動していると判断し
た場合、角速度センサデータを用いて加速度センサのオ
フセットを更新する。

【００６８】ステップＳ１０では、ステップＳ３でＧＰ
Ｓ情報から求まる速度の信頼性がないと判断し、かつ、
ステップＳ６で速度計測装置１０（または、速度計測装
置１０を搭載した移動体）が移動していると判断したの
で、加速度センサの出力値と重力加速度の影響を考慮し
た加速度センサのオフセットを利用して速度を算出す
る。

【００６９】ステップＳ１１では、ステップＳ５、また
は、ステップＳ８、または、ステップＳ１０で算出した
速度をカーナビゲーションシステム１９へ出力する。

【００７０】またＧＰＳ情報が信頼できるとき（ステッ
プＳ４，Ｓ５）に、図６のＧＰＳと加速度センサによる
加速度センサオフセット算出手段３１を用いてオフセッ
トを算出する場合の動作を図８のフローチャートに示
す。図８において、ステップＳ２１で加速度センサオフ
セットの初期値算出を行う。具体的には、演算処理部１
６の加速度センサオフセット算出手段３６が加速度セン
サ出力平均算出手段３５からの数秒間の平均値を採用し
て加速度センサオフセットの初期値を算出する。

【００７１】ステップＳ２２でカウンタｉに０を代入す
る。具体的には、演算処理部１６の加速度センサオフセ
ット算出手段３６において加速度センサオフセットを算
出する際に用いる加速度センサ出力平均算出手段３５お
よびＧＰＳ加速度（速度）平均算出手段３４における平
均値の基となるデータ個数をカウントするカウンタをリ
セットする。

【００７２】ステップＳ２３で加速度センサデータとＧ
ＰＳ速度データの取り込みを行う。具体的には、各デー
タ取得手段３０において加速度センサ１３からの加速度
センサ出力値データおよびＧＰＳ受信機１２からの速度
情報を取得して記憶手段としてのメモリ１７に記憶す
る。

【００７３】ステップＳ２４でＧＰＳ受信機１２の受信
状況が適性であるかとＧＰＳ速度データの信頼下限Ｘ
［ｋｍ／ｈ］以上であるか否かを判断する。具体的に
は、各データ取得手段３０がＧＰＳ受信の受信状況とＧ
ＰＳ速度データの信頼下限Ｘを条件として、データを採
用するか否かを決定する。これは、ＧＰＳ受信機１２が
ＧＰＳデータを受信していないときやＧＰＳの速度デー
タが低速時には、誤差が大きくなってしまうため補正デ
ータとして使用しないようにするためである。

【００７４】ステップＳ２４でＧＰＳ受信機１２の受信
状況が適性、かつ、ＧＰＳ速度データの信頼下限Ｘ以上
のときは、ステップＳ２５でｉ番目のデータバッファに
信頼できるＧＰＳ速度データとそのときの加速度センサ
データとを格納する。具体的には、信頼できるＧＰＳ加
速度（速度）平均算出手段３４およびそのときの加速度
センサ出力平均算出手段３５における平均値の基となる
データ個数をカウントするカウンタバッファに加速度セ
ンサデータとＧＰＳ速度データを格納する。

【００７５】ステップＳ２６でカウンタｉをカウントア
ップする。具体的には、カウンタｉを格納したデータの
数だけ順次インクリメントする。また、ステップＳ２４
でＧＰＳ受信機１２の受信状況が適性、かつ、ＧＰＳ速
度データの信頼下限Ｘ以上でないときは、ステップＳ２
７でＧＰＳ速度データが信頼できないので、カウンタｉ
に０を代入する。具体的にはカウンタｉをリセットす
る。

【００７６】ステップＳ２８でカウンタｉはサンプルデ
ータ個数Ｙと同じ値であるか否かを判断する。具体的に
は、加速度センサ出力平均算出手段３５およびＧＰＳ加
速度（速度）平均算出手段３４のカウンタｉが、予め設
定したサンプル個数Ｙ（データ個数）だけ、データがカ
ウンタｉに格納されたか否かを判断する。格納されてい
ないときはステップＳ２３に戻り、ステップＳ２３から
ステップＳ２８までの処理および判断を繰り返す。

【００７７】ステップＳ２９でＧＰＳ加速度（速度）平
均算出を行う。具体的には、ＧＰＳ加速度（速度）平均
算出手段３４において、データが予め設定されたサンプ
ル回数Ｙ（データ個数）だけ、データがカウンタバッフ
ァｉに格納された場合、それらのデータを基に、（１
７）式または（１８）式に基づいてＧＰＳ加速度（速
度）平均を算出する。

【００７８】ステップＳ３０で加速度センサ出力平均算
出を行う。具体的には、カウンタバッファｉに格納され
たデータを基に、加速度センサ出力平均算出手段３５が
（１６）式に基づいて加速度センサ出力平均を算出す
る。

【００７９】ステップＳ３１で加速度センサオフセット
算出を行う。具体的には、ステップＳ２９およびステッ
プＳ３０で算出されたＧＰＳ加速度（速度）平均値およ
び加速度センサ出力平均値を基に、加速度センサオフセ
ット算出手段３６が（１９）式または（２０）式に基づ
いて加速度センサオフセットを算出する。

【００８０】ステップＳ３２でカウンタｉにサンプルデ
ータ個数Ｙ−１を代入する。そしてステップＳ２３に戻
り、ステップＳ２３からステップＳ３２までの処理およ
び判断を繰り返す。

【００８１】

【発明の効果】以上のように本発明によれば次のような
優れた効果が得られる。 （１）主にＧＰＳの情報から求まる高精度な速度を利用
し、ＧＰＳが受信できない時などは加速度センサから求
まる速度を利用することにより、常に、速度を計測で
き、また、加速度センサのみの速度計測装置やＧＰＳの
みの速度計測装置と比べて速度精度が高精度になる。

【００８２】（２）ＧＰＳの情報や加速度センサの情報
を用いて、重力加速度の影響や、加速度センサの温度変
化等によるドリフトの影響をキャンセルした加速度セン
サのオフセットを算出することができ、ＧＰＳが受信で
きない時にも、角速度センサなどの角度変化を検出でき
るセンサによって重力加速度の影響をキャンセルした加
速度センサのオフセットを算出することができる。よっ
て、常に、最適な加速度センサのオフセットを用いるこ
とにより、速度精度が向上する。

【００８３】（３）従来まで、カーナビゲーションシス
テムにおいて自律航法をするにあたっては車両側からの
車速パルスを接続する必要があったが、本発明によれば
車速パルスの接続は不要である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態例のシステム基本構成を示す
ブロック図。

【図２】本発明の実施形態例の加速度センサ、角速度セ
ンサの検出する運動方向を示す説明図。

【図３】本発明の実施形態例の坂道での移動体の状態を
示す説明図。

【図４】本発明の実施形態例の加速度センサに加わる傾
き変化による重力加速度の変化を示す説明図。

【図５】本発明の実施形態例の加速度センサオフセット
と傾きとの関係を表し、（ａ）は移動体の状態を示す説
明図、（ｂ）は傾きに対応するオフセットの様子を示す
特性図。

【図６】本発明の実施形態例の機能ブロック図。

【図７】本発明の実施形態例の速度計測の動作を示すフ
ローチャート。

【図８】本発明の実施形態例の加速度センサオフセット
の算出の動作を示すフローチャート。

【符号の説明】

１１…ＧＰＳアンテナ、１２…ＧＰＳ受信機、１３…加
速度センサ、１４…角速度センサ、１５…Ａ／Ｄコンバ
ータ、１６…演算処理部、１７…メモリ、１８…通信
部、１９…ナビゲーションシステム、２０…移動体、２
１…角度センサの検出する運動方向、２２…加速度セン
サの検出する運動方向、２３…坂道、２４…斜面、２５
…道路、３０…各データ取得手段、３１…ＧＰＳと加速
度センサによる加速度センサオフセット算出手段、３２
…角速度センサによる加速度センサオフセット算出手
段、３３…速度算出手段、３４…ＧＰＳ加速度平均算出
手段、３５…加速度センサ出力平均算出手段、３６…加
速度センサオフセット算出手段。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 移動体に設けられた加速度センサとグロ
   ーバルポジショニングシステムを用いて前記移動体の速
   度を計測する速度計測方法において、 前記グローバルポジショニングシステムで得られた情報
   が所定条件を満たすときは、当該グローバルポジショニ
   ングシステムで得られた情報に基づく速度を速度計測値
   とし、 前記グローバルポジショニングシステムで得られた情報
   が所定条件を満たさないときは、前記加速度センサの出
   力値に基づく速度を速度計測値とすることを特徴とする
   速度計測方法。
2. 【請求項２】 前記加速度センサの出力値に基づく速度
   は、加速度センサのオフセットを、傾きによる重力加速
   度成分について補正し、算出された速度であることを特
   徴とする請求項１に記載の速度計測方法。
3. 【請求項３】 前記傾きによる重力加速度成分について
   の補正は、前記グローバルポジショニングシステムの情
   報が所定条件を満たすときは当該グローバルポジショニ
   ングシステムの情報を用いて補正し、前記グローバルポ
   ジショニングシステムの情報が所定条件を満たさないと
   きは傾き変化を検出するセンサの検出出力を用いて補正
   するものであることを特徴とする請求項２に記載の速度
   計測方法。
4. 【請求項４】 移動体に設けられた加速度センサとグロ
   ーバルポジショニングシステムを用いて前記移動体の速
   度を計測する速度計測方法において、 前記加速度センサのオフセットを、傾きによる重力加速
   度成分について補正し、速度を算出することを特徴とす
   る速度計測方法。
5. 【請求項５】 前記傾きによる重力加速度成分について
   の補正は、前記グローバルポジショニングシステムの情
   報が所定条件を満たすときは当該グローバルポジショニ
   ングシステムの情報を用いて補正し、前記グローバルポ
   ジショニングシステムの情報が所定条件を満たさないと
   きは傾き変化を検出するセンサの検出出力を用いて補正
   するものであることを特徴とする請求項４に記載の速度
   計測方法。
6. 【請求項６】 前記グローバルポジショニングシステム
   を用いた加速度センサのオフセットの補正は、グローバ
   ルポジショニングシステムにより計測された速度情報
   と、前記加速度センサにより計測される加速度情報のそ
   れぞれの平均値に基づいて行うことを特徴とする請求項
   ３に記載の速度計測方法。
7. 【請求項７】 前記グローバルポジショニングシステム
   を用いた加速度センサのオフセットの補正は、グローバ
   ルポジショニングシステムにより計測された速度情報
   と、前記加速度センサにより計測される加速度情報のそ
   れぞれの平均値に基づいて行うことを特徴とする請求項
   ５に記載の速度計測方法。
8. 【請求項８】 加速度センサとグローバルポジショニン
   グシステムで得られた情報に基づいて加速度センサの傾
   きによる重力加速度成分を補正したオフセットを算出す
   る第１の補正手段と、 前記第１の補正手段と、傾き変化を検出するセンサとで
   得られた情報に基づいて加速度センサの傾きによる重力
   加速度成分を補正したオフセットを算出する第２の補正
   手段とを備え、 前記グローバルポジショニングシステムの情報が所定条
   件を満たすときは前記第１の補正手段で算出された加速
   度センサのオフセットを用いて速度を算出し、前記グロ
   ーバルポジショニングシステムの情報が所定条件を満た
   さないときは前記第２の補正手段で算出された加速度セ
   ンサのオフセットを用いて速度を算出することを特徴と
   する速度計測装置。
9. 【請求項９】 前記グローバルポジショニングシステム
   を用いた加速度センサのオフセットの補正は、グローバ
   ルポジショニングシステムにより計測された速度情報
   と、前記加速度センサにより計測される加速度情報のそ
   れぞれの平均値に基づいて行うことを特徴とする請求項
   ８に記載の速度計測装置。