JPS63109316A - 角速度センサのデ−タ処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、角速度センサのデータ処理方法に関し、特に
車載ナビゲーション装置における角速度センサのデータ
処理方法に関するものである。

背景技術 近年、地図情報をメモリに記憶しておき、その地図情報
をメモリから読み出して車両の現在地とともに表示装置
に表示させることにより、車両を所定の目的地に誘導す
る車載ナビゲーション装置が研究、開発されている。

かかるナビゲーション装置には、車両の方位を検出する
方位センサが不可欠であり、この方位センサとして、例
えば車両の角速度を検出することによって車両の方位を
検出する角速度センサが用いられる。しかしながら、こ
の角速度センサの出力データより求められる方位は絶対
方位でないために、検出方位にドリフトが生じる可能性
がある。

角速度センサの出力データから方位を求めるには、先ず
角速度がない（角速度が零）において角速度センサが出
力するデータをセンサ出力の中心値Ｇｄｃとし、この中
心値Ｇｄｃを基にして変位を求め、時間で積分して方位
を求める。この際に、温度ドリフト等により中心値Ｇｄ
ｃが変化する恐れがある。もし中心値ＧｄＣが変化して
しまうと、方位を計算する際に、その誤差が方位のドリ
フトとなって現われてしまうことになる。また、角速度
センサデータ検出のための電気回路（例えば、オペアン
プ）などの特性により、例えば実際には車両が９０度回
転したのに、角速度センサの出力データから求めた回転
角は９０度丁度にはならない場合がある。そのためにこ
の誤差を補正する補正係数が必要となる。しかしながら
、この補正係数を求める際に、車両の回転角を正確に求
めなければここでも誤差を生じることになる。

発明の概要 本発明は、上述した点に鑑みなされたもので、角速度セ
ンサにより求められる方位データの信頼性を高めること
により、車両の正確な方位検出を可能とした角速度セン
サのデータ処理方法を提供することを目的とする。

本発明による角速度センサのデータ処理方法は、車両が
一回転したことを検出し、この一回転における角速度セ
ンサの出力データに基づく回転角及び地磁気センサの出
力データに基づく回転角をそれぞれ算出し、これら回転
角の比を角速度センサの補正係数とすることを特徴とし
ている。

実施例 以下、本発明の実施例を図に基づいて詳細に説明する。

第１図は、本発明による角速度センサのデータ処理方法
が適用される車載ナビゲーション装置の構成を示すブロ
ック図である。同図において、１は地磁気（地球磁界）
に基づいて車両の方位データを出力するための地磁気セ
ンサ、２は車両の角速度を検出するための角速度センサ
、３は車両の移動距離を検出するための走行距離センサ
、４は緯度及び経度情報等から車両の現在地を検出する
ためのＧ　Ｐ　Ｓ　（Ｇｌｏｂａｌ　Ｐｏｓｉｔｌｏｎ
ｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ）装置であり、これら各センサ（
装置）の出力はシステムコントローラ５に供給される。

システムコントローラ５は、各センサ（装置）１〜４の
出力を入力としＡ／Ｄ　（アナログ／ディジタル）変換
等を行なうインターフェース６と、種々の画像データ処
理を行なうとともにインターフェース６から順次送られ
てくる各センサ（装置）１〜４の出力データに基づいて
車両の移動２等を演算するＣＰＵ　（中央処理回路）７
と、このＣＰＵ７の各種の処理プログラムやその他必要
な情報が予め書き込まれたＲＯＭ　（リード・オンリ・
メモリ）８と、プログラムを実行する上で必要な情報の
書込み及び読出しが行なわれるＲＡＭ　（ランダム・ア
クセス・メモリ）９と、いわゆるＣＤ−ＲＯＭ５　ＩＣ
カード等からなり、ディジタル化（数値化）された地図
情報が記録された記録媒体１０と、Ｖ　−ＲＡＭ　（Ｖ
ｉｄｅｏ　ＲＡＭ）等からなるグラフィックメモリ１１
と、ＣＰＵ７から送られてくる地図等のグラフィックデ
ータをグラフィックメモリ１１に描画しかつ画像として
ＣＲＴ等のディスプレイ１２に表示すべく制御するグラ
フィックコントローラ１３とから構成されている。入力
装置１４はキーボード等からなり、使用者によるキー人
力により各種の指令等をシステムコントローラ５に対し
て発する。

次に、ＣＰＵ７によって実行される基本的な手順を、第
２図のフローチャートに従って説明する。

ＣＰＵ７は、先ず最初にプログラムを実行させるための
イニシャライズを行ない（ステップＳｌ）、しかる後車
両の現在地がセットされているか否かを判断する（ステ
ップＳ２）。現在地がセットされていない場合は、現在
地セットルーチンの実行（ステップＳ３）、例えば入力
装置１４でのキー人力による現在地のセットが行なわれ
る。次に、走行距離を零にしくステップＳ４）、続いて
入力装置１４からのキー人力が有るか否かの判断を行な
う（ステップＳ５）。

キー人力が無い場合は、ディスプレイ１２上に現在地周
辺の地図表示を行なうとともに車両の現在位置及びその
方位を例えば車両マークにてこの地図上に表示し、車両
が移動したらその移動に伴い地図をスクロールさせ、更
に現在グラフィックメモリ１１上にある地図データの範
囲を車両位置が越えそうなときには、記録媒体１０から
必要な地図データを読み出してディスプレイ１２上に表
示する（ステップＳ６）。

キー人力が有ると、その入力データに応じて現在地の再
セット（ステップＳ７）、センサ補正（ステップＳ８）
、目的地セット（ステップＳ９）及び地図の拡大φ縮小
（ステップ５１０）の各ルーチンを実行する。

また、ＣＰＵ７はタイマーによる割込み処理により、第
３図に示すように、一定時間間隔で地磁気センサ１及び
角速度センサ２の各出力データに基づいて車両の方位を
常に計算する（ステップＳ１１．５１２）。

ところで、地磁気センサ１は一般に、同一平面上におい
て互いに９０＠の位相角をもって配置された一対の磁気
検出素子からなり、これら一対の素子の一方は例えばＵ
方向（北方向）の地磁気成分を検出し、他方はＶ方向（
東方向）の地磁気成分を検出するようになっている。か
かる構成の地磁気センサ１を、水平面上において一回転
させると、Ｕ、Ｖ双方の検出素子からの出力データによ
って、第４図に示すような、ＵＶ直交座標系の原点Ｏを
中心とする円Ｉの軌跡が描かれる。従って、例えば点Ｐ
　（ＵＩ、Ｖｌ）における北（Ｕ輪）からの時計回りの
方位角θは、次式（１）によって算出される。

θ−ｔ　ａｎ’　　（Ｕ／Ｖ）＝・＝　（１）従って、
このような地磁気センサ１を、車両の前後或は左右方向
に対して所定の角度で車両に取り付けておき、Ｕ、Ｖ双
方の検出素子からの出力データに基づいて（１）式の演
算を行なうことにより、車両の方位を検出できるのであ
る。

ここで、地磁気センサｌの周囲には、地球磁界による磁
束のみが存在するのが理想であるが、車両においては、
そのボデー鋼板の着磁等に起因した余分な磁束が存在す
るのが一般的である。そこで、かかる車両ボデーの着磁
による影響を除去して正確な方位検出を行なうために、
例えば、特開昭５７−２８２０８号公報に開示の方法が
提案されている。この方法においては、Ｕ、Ｖ磁気検出
素子が車両に固定されて両者間に相対変位がない場合に
、磁気検出素子を一旋回させて得られる出力をプロット
して描かれた円の中心と、座標原点との距離がボデー着
磁の影響によるものである点に鑑みて、描かれた円の中
心が原点に移動するように、雨検出素子から得られた出
力データを補正して、ボデー着磁の影響を除去するよう
にしている。詳述するに、雨検出素子の出力が描く円は
第４図の■で示すように、その中心Ｑが原点から移動し
た位置にある。そこで、雨検出素子の出力Ｕ。

■の最大値Ｕ簡、Ｖａ及び最小値Ｕ　ｖｎ　、　Ｖ　ｉ
ｎを求め、これらから次式（２）によって中心Ｑの座標
を算出する。

Ｕｏ　＝　　（Ｕｗｘ＋Ｕｍｎ）／２ ）　・・・・・・　（２） Ｖｏ−（Ｖｍｘ＋Ｖ薗）／２ 算出された値ＵＯ，ｖｏを用いて次式（３）に、よって
各磁気検出素子の出力値Ｕ、　Ｖの補正がなされ、補正
されたＵ”、Ｖ”から方位の算出が行なわれるのである
。

Ｕ−−Ｕ−ＵＯ ）　　　　　　・・・・・・（３） Ｖ″謬ＶＶ。

また、地磁気センサ１の出力データの信頼性を高めるた
めに、ある規則に基づいて地磁気センサ１の出力データ
の変動を一許容する許容範囲（以下、ウィンドウと称す
る）を設定する。すなわち、第５図に斜線で示すように
、前回求めた方位データ（Ｕ　ｎｎ、　Ｖ　ｆ）ｌ　）
を基準として角度方向にウィンドウを設定し、前回求め
た方位データと今回求めた方位データとの差を常に監視
し、今回求めた方位データが前回求めた方位データと著
しく違う場合、即ちウィンドウ外となった場合は、その
データをエラーとして所定のデータ、例えば前回のデー
タ若しくは過去何回（回数は任意）かのデータの平均値
と置換することにより、地磁気センサ１の出力データの
信頼性を高める。また、地磁気センサ１から出力される
データは数学的には、円の方程式に当てはまるので、こ
の方程式上にないデータもエラーと判定することができ
る。しかし、データはＡ／Ｄ変換誤差等によりばらつく
ので、半径方向にもある程度の幅をもたせてウィンドウ
を設定している。第５図中、αは角度許容値、βは半径
許容値をそれぞれ示している。

なお、方位データを求める時間間隔により方位の差は異
なるので、角速度と車速の関係で求めることも可能であ
る。例えば、車速が４０　［ｋｍ／ｈ］のとき、最高角
速度を３０［度／　ｓ　］とすると、地磁気センサ１の
出力データがこの範囲を越えた場合にエラーとし、前回
のデータもしくは過去何回かのデータの平均値と置換す
る。また、角度でウィンドウを設定する場合、車速変化
に応じて角度を設定することも可能であり、又車速に対
して角度を一次関数で設定するだけではなく、あるヒス
テリシスを持たせることにより、車速変化に応じて対応
角度を頻繁に変えなくとも済むことになる。

ところで、角速度センサ２は、一般にセンサセンシング
軸周りの角速度に比例したデータを出力する。ＣＰＵ７
はタイマーによる割込み処理により、角速度センサ２の
出力データを時間積分し角速度から変化した方位を計算
することによって現在の方位を求めることができる。Ｃ
ＰＵ７は先ず角速度がない（角速度が零）状態において
角速度センサ２が出力するデータをセンサ出力の中心値
Ｇｄｃとし、この中心値Ｇｄｃを基にして変位を求め、
時間で積分して方位を求める。この際に、温度ドリフト
等により中心値Ｇｄｃが変化する恐れがある。

もし中心値Ｇｄｃが変化してしまうと、方位を計算する
際に、その誤差が方位のドリフトとなって現われてしま
う。また、角速度センサデータ検出のための電気回路（
例えば、オペアンプ）などの特性により、例えば実際に
は車両が９０度回転したのに、角速度センサの出力デー
タから求めた回転角は９０度丁度にはならない場合があ
る。そのためにこの誤差を補正する補正係数が必要とな
る。

しかしながら、この補正係数を求める際に、車両の回転
角を正確に求めなければここでも誤差を生じることにな
る。

次に、ＣＰＵ７によって実行される本発明による角速度
センサのデータ処理方法の手順を、第６図のフローチャ
ートに従って説明する。

ＣＰＵ７は先ず、車両が静止しているか否かを判断する
（ステップ５２０）。静止していない場合は、静止して
いると判定するまでこの判断を繰り返す。静止している
と判定した場合には、角速度センサ２により求める方位
を零にし、さらに角速度センサ２の補正係数αを初期値
（α−１，０）にセットする（ステップ５２１）。これ
により、角速度センサ２から得られる方位データは補正
係数αが影響されないものとなる。次に、このときの地
磁気センサ１の出力データをスタート値としてメモリ（
ＲＡＭ９）に記憶しておく　（ステップ５２２）。続い
て、車両を一回転させることにより、車両ボデーの着磁
による影響を除去して正確な方位検出を行なうための一
回転補正が行なわれるので、この一回転補正が終了する
のを待つ（ステップ８２３）。なお、この一回転補正は
、先述したように、例えば特開昭５７−２８２０８号公
報に開示された方法によって実行される。

一回転補正が終了したならば、地磁気センサ１の終了時
点の出力データをメモリ（ＲＡＭ９）に記憶しておく　
（ステップ５２４）。この時点で、第３図に示したルー
チンにおける角速度センサ２による方位計算を禁止する
とともに、この方位計算の過程で求められた回転角θ２
をメモリ（ＲＡＭ９）に記憶しておく　（ステップ５２
５）。

続いて、一回転補正で求められた第４図の円■の中心Ｑ
の座ｍＵｏ、Ｖｏを用いて、ステップＳ２２で記憶して
おいた一回転補正開始時の地磁気センサ１の出力データ
から開始時の車両の方位を求め、更にステップＳ２４で
記憶しておいた一回転補正終了時の地磁気センサ１の出
力データから終了時の車両の方位を求め、両方位から一
回転補正の間に車両が回転した回転角θ１を計算する″
（ステップ５２６）。そして、ステップＳ２５で記憶し
ておいた角速度センサ２による回転角θ２とこの地磁気
センサ１による回転角θ１との比（θ２／θ１）を求め
、これを角速度センサ２の新たな補正係数αとする（ス
テップ５２７）。

以降、第３図のステップＳ１２において角速度センサ２
の出力データから方位を計算する際には、この補正係数
αを用いることにより、電気回路などの特性により生ず
るドリフトを補正できるので、角速度センサ２による方
位検出がより正確に行なわれることになる。

発明の詳細 な説明したように、本発明によれば、地磁気センサの一
回転補正を利用して、角速度センサの方位計算に必要な
信頼性の高い補正係数を求めることにより、方位計算に
より生じるドリフトを少なくできるとともに、同時に地
磁気センサの補正も終了しているので、以降の方位検出
をより正確に行なうことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による角速度センサのデータ処理方法が
適用される車載ナビゲーション装置の構成を示すブロッ
ク図、第２図及び第３図は第１図におけるＣＰＵによっ
て実行される基本的な手順を示すフローチャート、第４
図は地磁気センサの出力データが描く軌跡を示す線図、
第５図は地磁気センサの出力データが描く軌跡にウィン
ドウを設定した状態を示す線図、第６図は第１図におけ
るＣＰＵによって実行される本発明による角速度センサ
のデータ処理方法の手順を示すフローチャートである。 主要部分の符号の説明

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）車両の角速度を検出する角速度センサと、地磁気
   に基づいて前記車両の方位データを出力する地磁気セン
   サとを備え、前記角速度センサ及び前記地磁気センサの
   各出力データに基づいて前記車両の方位を検出する車載
   ナビゲーション装置における角速度センサのデータ処理
   方法であって、前記車両が一回転したことを検出し、こ
   の一回転における前記角速度センサの出力データに基づ
   く回転角及び前記地磁気センサの出力データに基づく回
   転角をそれぞれ算出し、これら回転角の比を前記角速度
   センサの補正係数とすることを特徴とする角速度センサ
   のデータ処理方法。
2. （２）前記車両が一回転したことを判断するのに、前記
   地磁気センサの出力データを用いることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の角速度センサのデータ処理方
   法。
3. （３）前記車両が一回転したことを判断すると同時に、
   前記地磁気センサの一回転補正をも行なうことを特徴と
   する特許請求の範囲第２項記載の角速度センサのデータ
   処理方法。