ジャイロセンサモジュールおよび角速度検出方法
【課題】検出軸の取付角度の変化にかかわらず、検出精度の向上したジャイロセンサモジュールおよび角速度検出方法を提供すること。
【解決手段】センサ出力補正回路３２に含まれる第１、第２のオフセット調整回路３６，３７によって、第１角速度ω１および第２角速度ω２を、車両が停止している時の第１のジャイロセンサ１０の補正値Ｂ１および第２のジャイロセンサ２０の補正値Ｂ２を減じることによって、第１角速度ω１”および第２角速度ω２”に換算できる。したがって、車両の移動時のより正確な第１角速度ω１”および第２角速度ω２”を得ることができる。
【解決手段】センサ出力補正回路３２に含まれる第１、第２のオフセット調整回路３６，３７によって、第１角速度ω１および第２角速度ω２を、車両が停止している時の第１のジャイロセンサ１０の補正値Ｂ１および第２のジャイロセンサ２０の補正値Ｂ２を減じることによって、第１角速度ω１”および第２角速度ω２”に換算できる。したがって、車両の移動時のより正確な第１角速度ω１”および第２角速度ω２”を得ることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、方位角を知るための角速度を検出するジャイロセンサモジュールおよび角速度検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両などに取り付けられるナビゲーション装置には、ジャイロセンサが用いられている。ジャイロセンサによって検出された車両が曲がる際の角速度は、車両の方位角を知るために用いられる。ここで、角速度を精度よく検出するには、ジャイロセンサの角速度検出軸と被検出軸を一致させる必要がある。方位角を知るための被検出軸は、地上水平面に対して垂直な軸であり、この被検出軸とジャイロセンサの検出軸とを一致させると、検出精度がよくなる。
車両の傾斜角度を検出し、ジャイロセンサの取付面が地上水平面になるようにジャイロセンサの車両に対する取付角度を機械的に調整して、検出軸と被検出軸とを一致させるジャイロセンサの取付角度調整装置が知られている（特許文献１参照）。
また、第１のジャイロセンサの出力と、第１のジャイロセンサの検出軸に直交する検出軸を有する第２のジャイロセンサの出力との２乗和平均によって、路面および取り付けの傾斜角度を求めることなく、鉛直方向の軸回りの角速度を求めるナビゲーションシステムが知られている。また、さらに、制御回路から出力された誤差と、車速信号に基づいてから補正係数を算出し、鉛直方向の軸回りの角速度を補正するナビゲーションシステムが知られている（特許文献２参照）。
また、第１のジャイロセンサと第２のジャイロセンサの出力に基づいて、故障判断を行う多軸ジャイロセンサが知られている（特許文献３参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１５３６５８号公報（３頁〜５頁、図１および図２）
【特許文献２】特開２００２−２１３９５９号公報（８頁、段落番号［００６７］および段落番号［００６８］）
【特許文献３】特開２００４−２８６５２９号公報（要約書）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ジャイロセンサの取付角度を機械的に調整するためには、付帯する調整用部品が必要であり、取付角度を大きく変化させるには、そのためのスペースも必要となる。したがって、検出軸の取付角度の可動範囲にも制約が生じる。また、上り下りなどで検出軸の角度が急激に変化した場合など、機械的な調整では、検出軸と被検出軸とが一致するまで時間を要する。したがって、検出精度の向上も難しい。そこで、特許文献２のように、第１のジャイロセンサの出力と、第１のジャイロセンサの検出軸に直交する検出軸を有する第２のジャイロセンサの出力との２乗和平均によって、路面および取り付けの傾斜角度を求めることなく、鉛直方向の軸回りの角速度を求め、さらに、いわゆる補正係数を用いて精度を向上する発明がなされた。しかし、第１のジャイロセンサおよび第２のジャイロセンサそれぞれのオフセット処理がなされていないことに起因する検出誤差が生じていることを本発明者は見出した。
本発明の目的は、検出軸の取付角度の変化にかかわらず、検出精度の向上したジャイロセンサモジュールおよび角速度検出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のジャイロセンサモジュールは、移動体に取付けられるナビゲーションシステムに組み込まれるジャイロセンサモジュールであって、第１検出軸回りの第１角速度ω１を検出し、出力する第１のジャイロセンサと、前記第１角速度ω１の符号を判定する符号判定回路と、前記第１検出軸と直交する第２検出軸回りの第２角速度ω２を検出し、出力する第２のジャイロセンサと、前記第１、第２のジャイロセンサの出力を補正するセンサ出力補正回路と、前記センサ出力補正回路で補正された第１角速度ω１’および第２角速度ω２’の２乗和平均を演算し、前記符号判定回路によって得られた前記第１角速度ω１の符号を前記２乗和平均に乗算し、角速度ωを出力する演算回路とを備え、前記センサ出力補正回路は、前記ジャイロセンサモジュールが設置されている前記移動体が停止している時の前記第１のジャイロセンサの出力値に対応する補正値Ｂ１を前記第１角速度ω１から減算した値ω１”を出力する第１のオフセット調整回路と、前記ジャイロセンサモジュールが設置されている前記移動体が停止している時の前記第２のジャイロセンサの出力値に対応する補正値Ｂ２を前記第２角速度ω２から減算した値ω２”を出力する第２のオフセット調整回路とを有し、前記角速度ωは、前記第１検出軸と前記第２検出軸とがなす面内で、かつ前記第１検出軸から−９０度から＋９０度の範囲の軸周りの角速度であることを特徴とする。
【０００６】
この発明によれば、センサ出力補正回路に含まれる第１、第２のオフセット調整回路によって、第１角速度ω１および第２角速度ω２は、移動体が停止している時の第１のジャイロセンサの補正値Ｂ１および第２のジャイロセンサの補正値Ｂ２を減じることによって、第１角速度ω１”および第２角速度ω２”に換算される。したがって、移動体の移動時のより正確な第１角速度ω１”および第２角速度ω２”が得られる。
また、演算回路によって、換算された第１角速度ω１”および第２角速度ω２”に基づいてセンサ出力補正回路で補正された第１角速度ω１’および第２角速度ω２’の２乗和平均によって被検出軸での角速度ωが演算される。したがって、第１検出軸と第２検出軸とを含む平面内のどの位置に被検出軸があっても、被検出軸における角速度ωの検出を、第１角速度ω１と第２角速度ω２とに基づいた合成によって、検出軸の取付角度の変化にかかわらず精度よく行えるジャイロセンサモジュールが得られる。
なお、第１検出軸と第２検出軸とが直交するとは、正確に直交するのみならず製造過程で生ずるずれの範囲内も含む。例えば、第１検出軸と第２検出軸との交わる角度が、８５°〜９５°の間であれば、直交するに含まれる。
【０００７】
本発明では、前記ジャイロセンサモジュールは、前記演算回路から出力される前記角速度ωを積分して得られる進行方位と前記ナビゲーションシステムの演算で決められた前記移動体の進行方位との誤差Δθを出力する車両位置測定回路と、前記誤差Δθと前記演算回路から出力される前記角速度ωと前記移動体から出力される車速パルスとから、感度調整信号Ａ１，Ａ２を算出し、出力する調整係数演算回路とを備え、前記センサ出力補正回路は、前記第１のオフセット調整回路の前記ω１”に前記感度調整信号Ａ１を掛け合わせた値ω１’を出力する第１の感度調整回路と、前記第２のオフセット調整回路の前記出力ω２”に前記感度調整信号Ａ２を掛け合わせた値ω２’を出力する第２の感度調整回路とを有しているのが好ましい。
この発明では、ωを積分して得られる進行方位とナビゲーションシステムの演算で決められた進行方位との誤差Δθとωと車速パルスとから感度調整信号Ａ１、Ａ２が算出される。そして、この感度調整信号Ａ１、Ａ２がそれぞれω１”およびω２”に掛け合わされて感度調整が行われ、センサ出力補正回路からω１’およびω２’が出力される。したがって、角速度ωの検出がより精度よく行えるジャイロセンサモジュールが得られる。
【０００８】
本発明の角速度検出方法は、移動体に取り付けられ、ナビゲーションシステムに組み込まれるジャイロセンサモジュールを用いた角速度検出方法であって、第１検出軸回りの第１角速度ω１を検出し、前記第１角速度ω１の符号を判定し、前記第１検出軸と直交する第２検出軸回りの第２角速度ω２を検出し、前記ジャイロセンサモジュールが設置されている前記移動体が停止している時の前記第１のジャイロセンサの出力値に対応する補正値Ｂ１を前記第１角速度ω１から減算する第１のオフセット調整と、前記ジャイロセンサモジュールが設置されている移動体が停止している時の前記第２のジャイロセンサの出力値に対応する補正値Ｂ２を前記第２角速度ω２から減算する第２のオフセット調整とを含むセンサ出力補正を行い、前記センサ出力補正で補正された第１角速度ω１’および第２角速度ω２’の２乗和平均を演算し、前記第１検出軸と前記第２検出軸とがなす面内で、かつ前記第１検出軸から−９０度から＋９０度の範囲の軸周りの角速度ωを算出することを特徴とする。
【０００９】
本発明では、第１角速度ω１および第２角速度ω２を、移動体が停止している時の第１のジャイロセンサの補正値Ｂ１および第２のジャイロセンサの補正値Ｂ２を減じることによって、オフセット調整する。したがって、移動体の移動時のより正確な第１角速度ω１’および第２角速度ω２’が得られる。
また、補正された第１角速度ω１’および第２角速度ω２’の２乗和平均によって被検出軸での角速度ωを演算する。したがって、第１検出軸と第２検出軸とを含む平面内のどの位置に被検出軸があっても、被検出軸における角速度ωの検出を、第１検出軸で検出された第１角速度ω１と第２検出軸で検出された第２角速度ω２とに基づいた合成によって、検出軸の取付角度の変化にかかわらず精度よく行える。
【００１０】
本発明では、前記角速度ωを積分して得られる進行方位と前記ナビゲーションシステムの演算で決められた前記移動体の進行方位との誤差Δθを算出し、前記誤差Δθと前記角速度ωとから、感度調整信号Ａ１，Ａ２を算出し、前記センサ出力補正において、前記第１のオフセット調整後の値ω１”に前記感度調整信号Ａ１を掛け合わせた値ω１’を算出する第１の感度調整と、前記第２のオフセット調整後の値ω２”に前記感度調整信号Ａ２を掛け合わせた値ω２’を算出する第２の感度調整とを有しているのが好ましい。
この発明では、オフセット調整に加えて、ωを積分して得られる進行方位とナビゲーションシステムの演算で決められた進行方位との誤差Δθとωと車速パルスとから算出される感度調整信号Ａ１、Ａ２を、それぞれω１”およびω２”に掛け合わせて感度調整を行う。したがって、角速度ωの検出がより精度よく行える。
【００１１】
本発明では、前記センサ出力補正は、センサ出力補正回路によって行うのが好ましい。
この発明では、センサ出力補正回路によりセンサ出力補正を行うので、ジャイロセンサモジュールにセンサ出力補正回路を組み込むことが可能になる。
【００１２】
本発明では、前記センサ出力補正、前記角速度ωの算出、前記誤差Δθの算出または前記感度調整信号Ａ１，Ａ２の算出の処理のうち、１つまたは複数の処理をソフトウェア処理によって行うのが好ましい。
この発明では、センサ出力補正、角速度ωの算出、誤差Δθの算出または感度調整信号Ａ１，Ａ２の算出の処理のうち、１つまたは複数のソフトウェア処理で処理を行うので、ジャイロセンサモジュールの組み込まれたナビゲーションシステムのＣＰＵ（Central Processing Unit）での処理が可能になる。したがって、ジャイロセンサモジュールが小型になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を具体化した実施形態について、図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１は、本実施形態におけるジャイロセンサモジュール１００の組み込まれたナビゲーションシステム１０１を移動体である車両１０２に取り付けた状態を示す模式図である。
図１において、ナビゲーションシステム１０１は、車両１０２の前方に取り付けられている。ここで、紙面に対して左側が車両１０２の進行方向である。また、ナビゲーションシステム１０１は、その底面１０３と地上水平面７０とのなす角度がθで取り付けられている。ジャイロセンサモジュール１００は、ナビゲーションシステム１０１の底面１０３に組み込まれている。
【００１４】
図２は、本実施形態におけるジャイロセンサモジュール１００を示す概略斜視図である。
図２において、ジャイロセンサモジュール１００は、第１のジャイロセンサ１０と第２のジャイロセンサ２０と回路３０と升型のパッケージ４０と蓋５０とを備えている。
第１のジャイロセンサ１０と第２のジャイロセンサ２０と回路３０とは、パッケージ４０の矩形の底面４１に配置されている。
【００１５】
第１のジャイロセンサ１０は、音叉型のジャイロセンサである。第１のジャイロセンサ１０は、その第１検出軸１１が、矩形の底面４１の短辺と平行になるように配置されている。
第２のジャイロセンサ２０は、Ｔ型の振動子を二つ組み合わせたＷＴ型のジャイロセンサである。第２のジャイロセンサ２０は、その第２検出軸２１が、底面４１に対し直交するように配置されている。
したがって、第１検出軸１１と第２検出軸２１とは直交している（図中で第１検出軸１１の延長線上での第２検出軸２１の方向を点線で示した）。
第１検出軸１１と第２検出軸２１とが直交していれば、底面４１に配置された第１のジャイロセンサ１０と第２のジャイロセンサ２０との位置関係は、どのような配置であってもよい。
【００１６】
図３は、第１検出軸１１、第２検出軸２１および被検出軸６０と地上水平面７０との位置関係を示す図である。図では、地上水平面７０は紙面に対して直交している。
図３において、角速度ωの被検出軸６０は、地上水平面７０に対して垂直な方向を向いている。図１に示したジャイロセンサモジュール１００の組み込まれたナビゲーションシステム１０１は、第１検出軸１１と第２検出軸２１とを含む平面が、地上水平面７０に対して略垂直になるように車両等に取り付けられる。
【００１７】
正確に方位を検出するには、ナビゲーションシステム１０１の取付角度等の変化によっても、第１検出軸１１と第２検出軸２１とを含む平面内から被検出軸６０がずれないようにナビゲーションシステム１０１を車両等に取り付けて使用する。
具体的には、車両の場合、ナビゲーションシステム１０１の取付角度と地上水平面７０とのなす角度θは、第１検出軸１１と第２検出軸２１とを含む平面が車両等の進行方向と平行になるように、ナビゲーションシステム１０１を取り付ける。図３では、紙面に対して左右方向が車両等の進行方向になる。
角速度ωが発生すると、ベクトル的に分解されるように、第１検出軸１１では、第１検出軸１１での第１角速度ω１が検出され、第２検出軸２１では、第２検出軸２１での第２角速度ω２が検出される。
【００１８】
図４は、回路３０の信号処理ブロック図である。
図４において、回路３０は、センサ出力補正回路３２と演算回路３３と符号判定回路３４と制御回路３５とを備えている。
【００１９】
第１のジャイロセンサ１０では第１角速度ω１を検出し、第２のジャイロセンサ２０では第２角速度ω２を検出する。その信号は、センサ出力補正回路３２へと送られる。
センサ出力補正回路３２は、第１のオフセット調整回路３６と第２のオフセット調整回路３７と第１の感度調整回路３８と第２の感度調整回路３９を備えている。
第１のオフセット調整回路３６では、検出した第１角速度ω１から車両１０２が停止している時の第１ジャイロセンサ１０の補正値Ｂ１を減算した値ω１”を求め出力する。
第２のオフセット調整回路３７では、検出した第２角速度ω２から車両１０２が停止している時の第２ジャイロセンサ２０の補正値Ｂ２を減算した値ω２”を求め出力する。
【００２０】
第１の感度調整回路３８では、ω１”に感度調整信号Ａ１を乗じた値ω１’を求め出力する。第２の感度調整回路３９では、ω２”に感度調整信号Ａ２を乗じた値ω２’を求め出力する。
補正値Ｂ１、補正値Ｂ２、感度調整信号Ａ１および感度調整信号Ａ２は制御回路３５から出力される。
ω１’およびω２’の信号は、演算回路３３へと送られる。また、ω１’の信号は符号判定回路３４にも送られる。
【００２１】
演算回路３３は、２乗和平均回路３３１と乗算回路３３２とを備えている。２乗和平均回路３３１では、ω１’とω２’との２乗和平均である√（ω１’2＋ω２’2）を求め、｜ω｜として出力する。一方、符号判定回路３４によってω１’の信号からｓｉｇｎ（ω１’）値を求め、正負を決める。符号判定回路３４は、ｓｉｇｎ（ω１’）が正であればｃωを出力し、入力される角速度ωが図３の矢印方向に向かって時計回りの回転であることを示す。また、符号判定回路３４は、ｓｉｇｎ（ω１’）が負であれば、ｃｃωを出力し、入力される角速度ωが図３の矢印方向に向かって反時計回りの回転であることを示す。
演算回路３３では、乗算回路３３２によって、符号判定回路３４の出力と｜ω｜を乗じて正負が加味された角速度ωの値の信号を出力する。
【００２２】
制御回路３５は、車両位置測定回路３５１と調整係数演算回路３５２とを備えている。
車両位置測定回路３５１は、ωを積分して求めた進行方位とナビゲーションシステム１０１の演算で決められた車両１０２の進行方位θとの誤差Δθを出力する。次に、調整係数演算回路３５２は、誤差Δθと演算回路３３から出力される角速度ωと車両１０２から出力される車速パルスとから、感度調整信号Ａ１、Ａ２を算出し、第１の感度調整回路３８と第２の感度調整回路３９とへ出力する。感度調整信号Ａ１、Ａ２は、常にＡ１＝Ａ２であってもよい。また、次の式に基いて算出することができる。
Ａ１＝Ａ２＝１＋Δθ／θ＝１＋（θω−θ）／θ
ここで、θωは、乗算回路３３２が出力するωを、車両１０２の進行方位が０からθまで変位する間、積分した値であり、次の式に基づく。
θω＝∫ωｄｔ
【００２３】
また、調整係数演算回路３５２は、車両１０２が停止している時の第１ジャイロセンサ１０の補正値Ｂ１を第１のオフセット調整回路３６に、第２ジャイロセンサ２０の補正値Ｂ２を第２のオフセット調整回路３７に出力する。
車両１０２が停止しているか否かの判断は、制御回路３５が、車速パルスに基づいて判断する。その他に例えば、ナビゲーションシステム１０１が起動したことをトリガとしたり、イグニッションキーがオフ状態からアクセサリーオンまたはイグニッションオンに切り換わったことをトリガとしたりして、オフセット調整を行うこともできる。
【００２４】
なお、第１、第２の感度調整回路３８，３９は、それぞれ、第１、第２のオフセット調整回路３６，３７より後段にあればよく、例えば、２乗和平均回路３３１や乗算回路３３２の後段にあっても良い。
また、温度変化による調整量の変化を記憶しておき、温度センサによってその調整を自動的に行ってもよい。
さらに、車両１０２のピッチ方向への傾きによる、マップとの誤差を重力方位センサや加速度センサによって検知し、感度調整を行ってもよい。
【００２５】
以下、本実施形態の効果を記載する。
（１）センサ出力補正回路３２に含まれる第１のオフセット調整回路３６および第２のオフセット調整回路３７によって、第１角速度ω１および第２角速度ω２を、第１角速度ω１および第２角速度ω２から、車両１０２が停止している時の第１のジャイロセンサ１０の補正値Ｂ１および第２のジャイロセンサ２０の補正値Ｂ２を減じることによって、第１角速度ω１”および第２角速度ω２”に換算できる。したがって、車両１０２の移動時のより正確な第１角速度ω１”および第２角速度ω２”を得ることができる。
【００２６】
（２）演算回路３３によって、換算された第１角速度ω１”および第２角速度ω２”に基づいてセンサ出力補正回路３２で補正された第１角速度ω１’および第２角速度ω２’の２乗和平均によって被検出軸６０での角速度ωを演算できる。したがって、第１検出軸１１と第２検出軸２１とを含む平面内のどの位置に被検出軸６０があっても、被検出軸６０における角速度ωの検出を、第１角速度ω１と第２角速度ω２とに基づいた合成によって、検出軸の取付角度の変化にかかわらず精度よく行えるジャイロセンサモジュール１００および角速度検出方法を得ることができる。
【００２７】
（３）ωを積分して得られる進行方位とナビゲーションシステム１０１の演算で決められた進行方位との誤差Δθとωと車速パルスとから感度調整信号Ａ１、Ａ２を算出できる。そして、この感度調整信号Ａ１、Ａ２がそれぞれω１”およびω２”に掛け合わされて感度調整が行われ、センサ出力補正回路３２からω１’およびω２’を出力できる。したがって、角速度ωの検出がより精度よく行えるジャイロセンサモジュール１００および角速度検出方法を得ることができる。
【００２８】
（４）第１のジャイロセンサ１０が第１検出軸１１を、第２のジャイロセンサ２０が第２検出軸２１を備えればよいので、１つのジャイロセンサが２つの検出軸を備える場合と比較して、ジャイロセンサの構造を簡単にできる。
【００２９】
（５）演算回路３３により角速度ωの出力を行うので、ジャイロセンサモジュール１００に回路３０を組み込むことが可能になる。
【００３０】
（第２実施形態）
図５は、本実施形態におけるジャイロセンサモジュール２００を示す概略斜視図である。
ジャイロセンサモジュール２００は、第１のジャイロセンサ１２と第２のジャイロセンサ２２と回路３１と矩形の設置面８１を有する基板８０とを備えている。
【００３１】
第１のジャイロセンサ１２は、矩形の実装面１３を備えたパッケージに実装された音叉型のジャイロセンサである。その第１検出軸１１は、実装面１３の長辺に平行になっている。第１のジャイロセンサ１２は、その第１検出軸１１が、矩形の設置面８１の短辺と平行になるように配置されている。
第２のジャイロセンサ２２は、矩形の実装面２３を備えたパッケージに実装されたＷＴ型のジャイロセンサである。その第２検出軸２１は、実装面２３と直交している。第２のジャイロセンサ２２は、実装面２３の長辺と設置面８１の長辺が平行になるように配置されている。
したがって、第１検出軸１１と第２検出軸２１とは直交している（図中で第１検出軸１１の延長線上での第２検出軸２１の方向を点線で示した）。
第１検出軸１１と第２検出軸２１とが直交していれば、底面８１に配置された第１のジャイロセンサ１２と第２のジャイロセンサ２２との位置関係は、どのようなものであってもよい。また、回路３０は、第１実施形態と同様の回路を用いることができる。
【００３２】
本実施形態では、第１実施形態の効果に加えて、以下の効果を有する。
（６）既存の実装された第１のジャイロセンサ１２および第２のジャイロセンサ２２と回路３０とを組み合わせて簡便にジャイロセンサモジュール２００を構成することができる。
【００３３】
（第３実施形態）
図６は、本実施形態におけるジャイロセンサモジュール３００を示す概略斜視図である。
図６において、ジャイロセンサモジュール３００は、第１のジャイロセンサ１０と第２のジャイロセンサ１４と回路３０と升型のパッケージ４０と蓋５０とを備えている。
第１のジャイロセンサ１０と第２のジャイロセンサ１４と回路３０とは、パッケージ４０の矩形の底面４１に配置されている。
【００３４】
第１のジャイロセンサ１０は、音叉型のジャイロセンサである。第１のジャイロセンサ１０は、その第１検出軸１１が、矩形の底面４１の短辺と平行になるように配置されている。
第２のジャイロセンサ１４は、音叉型のジャイロセンサである。第２のジャイロセンサ１４は、その第２検出軸１５が、矩形の底面４１の長辺に対し平行になるように配置されている。
したがって、第１検出軸１１と第２検出軸１５とは直交している（図中で第１検出軸１１の延長線と第２検出軸１５延長線とを点線で示した）。
【００３５】
ジャイロセンサモジュール３００の取り付け方法は、第１検出軸１１と第２検出軸１５とを含む平面が、図２に示したように地上水平面７０と直交するように取り付ける。具体的には、底面４１と地上水平面７０とが直交するように取り付け、車両に取り付ける場合、第１実施形態と同様に、底面を車両の進行方向と平行に取り付けて使用する。
本実施形態は、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００３６】
（第４実施形態）
図７は、本実施形態におけるジャイロセンサモジュール４００を示す概略斜視図である。
ジャイロセンサモジュール４００は、第１のジャイロセンサ１６と第２のジャイロセンサ１７と回路３０と、矩形の設置面８１を有する基板８０とを備えている。
【００３７】
第１のジャイロセンサ１６および第２のジャイロセンサ１７は、矩形の実装面１９を備えたパッケージに実装された音叉型のジャイロセンサである。
第１のジャイロセンサ１６の第１検出軸１１および第２のジャイロセンサ１７の第２検出軸１８は、実装面１９の長辺に平行にパッケージされている。
第１のジャイロセンサ１６は、実装面１９の長辺と設置面８１の短辺とが平行になるように配置されている。
第２のジャイロセンサ１７は、実装面１９の長辺と設置面８１の長辺とが平行になるように配置されている。
したがって、第１検出軸１１と第２検出軸１８とは直交している（図中で第１検出軸１１の延長線と第２検出軸１８の延長線とを点線で示した）。
回路３０は、第１実施形態と同様の回路を用いることができる。
本実施形態では、第２実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００３８】
（第５実施形態）
図８は、ソフトウェア処理を用いた信号処理ブロック図である。
本実施形態では、前述の各実施形態において、回路３０を含まないジャイロセンサモジュール１００，２００，３００，４００を用いて角速度を計算する。
第１のジャイロセンサ１０，１２，１６と第２のジャイロセンサ２０，１４，１７，２２とで検出された、第１角速度ω１および第２角速度ω２のアナログ信号は、ＡＤＣ（Analog Digital Converter）によってデジタル信号に変換される。ＡＤＣは、ジャイロセンサモジュール１００，２００，３００，４００に設けてもよいし、ジャイロセンサモジュール１００，２００，３００，４００とは別にジャイロセンサモジュール１００，２００，３００，４００を備えた装置、例えばナビゲーションシステム１０１に設けてもよい。
変換されたデジタル信号を用いたＣＰＵによるソフトウェア処理により、センサ出力補正、２乗和平均演算、乗算、符号判定、調整係数演算、車両位置測定を行い角速度ωを検出することができる。
ソフトウェア処理は、センサ出力補正、２乗和平均演算、乗算、符号判定、調整係数演算、車両位置判定の処理のうち１つか複数行ってもよい。このとき、ソフトウェア処理を行う処理の前にはＡＤＣを設ける。
【００３９】
以下、本実施形態の効果を記載する。
（７）センサ出力補正、角速度ωの算出、誤差Δθの算出または感度調整信号Ａ１，Ａ２の算出の処理のうち、１つまたは複数のソフトウェア処理で処理を行うので、ジャイロセンサモジュール１００，２００，３００，４００が組み込まれたナビゲーションシステム１０１のＣＰＵ（Central Processing Unit）での処理が可能になる。したがって、ジャイロセンサモジュール１００，２００，３００，４００を小型にできる。
【００４０】
本発明のジャイロセンサモジュールおよび角速度検出方法は、車両としての二輪車にも使用できる。以下に、二輪車に使用する場合を図２に基づいて説明する。
二輪車に使用するには、第１検出軸１１と第２検出軸２１とを含む平面を、二輪車の進行方向と直交するようにジャイロセンサモジュール１００を取り付ける。
【００４１】
また、車両から取り外して携帯可能なナビゲーション装置においては、車両に再び取り付けるごとに取付角度が変化するため、本発明のジャイロセンサモジュールおよび角速度検出方法を有効に活用できる。また、表示画面が上下に角度調整されるのに応じてジャイロセンサモジュールの取付角度が変化するナビゲーション装置が存在する。このようなナビゲーション装置においては、本発明のジャイロセンサモジュールの２つの軸とのなす面を進行方向と平行になるように設置することによって、運転者が所望するように表示画面の角度を調節しても正確な角速度を求めることができる。
【００４２】
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、１つのジャイロセンサが第１検出軸と第２検出軸を備え、１つのジャイロセンサで第１角速度および第２角速度を検出する構成であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の第１実施形態におけるジャイロセンサモジュールの組み込まれたナビゲーションシステムを移動体である車両に取り付けた状態を示す模式図。
【図２】ジャイロセンサモジュールを示す概略斜視図。
【図３】第１検出軸、第２検出軸および被検出軸と地上水平面との位置関係を示す図。
【図４】回路の信号処理ブロック図。
【図５】本発明の第２実施形態におけるジャイロセンサモジュールを示す概略斜視図。
【図６】本発明の第３実施形態におけるジャイロセンサモジュールを示す概略斜視図。
【図７】本発明の第４実施形態におけるジャイロセンサモジュールを示す概略斜視図。
【図８】本発明の第５実施形態におけるソフトウェア処理を用いた信号処理ブロック図。
【符号の説明】
【００４４】
１０，１２，１６…第１のジャイロセンサ、１４，１７，２０，２２，…第２のジャイロセンサ、１１…第１検出軸、１５，１８，２１…第２検出軸、３０，３１…回路、３２…センサ出力補正回路、３３…演算回路、３６…第１のオフセット調整回路、３７…第２のオフセット調整回路、３８…第１の感度調整回路、３９…第２の感度調整回路、１００，２００，３００，４００…ジャイロセンサモジュール、１０１…ナビゲーションシステム、１０２…移動体としての車両、３５１…車両位置測定回路、３５２…調整係数演算回路。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、方位角を知るための角速度を検出するジャイロセンサモジュールおよび角速度検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両などに取り付けられるナビゲーション装置には、ジャイロセンサが用いられている。ジャイロセンサによって検出された車両が曲がる際の角速度は、車両の方位角を知るために用いられる。ここで、角速度を精度よく検出するには、ジャイロセンサの角速度検出軸と被検出軸を一致させる必要がある。方位角を知るための被検出軸は、地上水平面に対して垂直な軸であり、この被検出軸とジャイロセンサの検出軸とを一致させると、検出精度がよくなる。
車両の傾斜角度を検出し、ジャイロセンサの取付面が地上水平面になるようにジャイロセンサの車両に対する取付角度を機械的に調整して、検出軸と被検出軸とを一致させるジャイロセンサの取付角度調整装置が知られている（特許文献１参照）。
また、第１のジャイロセンサの出力と、第１のジャイロセンサの検出軸に直交する検出軸を有する第２のジャイロセンサの出力との２乗和平均によって、路面および取り付けの傾斜角度を求めることなく、鉛直方向の軸回りの角速度を求めるナビゲーションシステムが知られている。また、さらに、制御回路から出力された誤差と、車速信号に基づいてから補正係数を算出し、鉛直方向の軸回りの角速度を補正するナビゲーションシステムが知られている（特許文献２参照）。
また、第１のジャイロセンサと第２のジャイロセンサの出力に基づいて、故障判断を行う多軸ジャイロセンサが知られている（特許文献３参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１５３６５８号公報（３頁〜５頁、図１および図２）
【特許文献２】特開２００２−２１３９５９号公報（８頁、段落番号［００６７］および段落番号［００６８］）
【特許文献３】特開２００４−２８６５２９号公報（要約書）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ジャイロセンサの取付角度を機械的に調整するためには、付帯する調整用部品が必要であり、取付角度を大きく変化させるには、そのためのスペースも必要となる。したがって、検出軸の取付角度の可動範囲にも制約が生じる。また、上り下りなどで検出軸の角度が急激に変化した場合など、機械的な調整では、検出軸と被検出軸とが一致するまで時間を要する。したがって、検出精度の向上も難しい。そこで、特許文献２のように、第１のジャイロセンサの出力と、第１のジャイロセンサの検出軸に直交する検出軸を有する第２のジャイロセンサの出力との２乗和平均によって、路面および取り付けの傾斜角度を求めることなく、鉛直方向の軸回りの角速度を求め、さらに、いわゆる補正係数を用いて精度を向上する発明がなされた。しかし、第１のジャイロセンサおよび第２のジャイロセンサそれぞれのオフセット処理がなされていないことに起因する検出誤差が生じていることを本発明者は見出した。
本発明の目的は、検出軸の取付角度の変化にかかわらず、検出精度の向上したジャイロセンサモジュールおよび角速度検出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のジャイロセンサモジュールは、移動体に取付けられるナビゲーションシステムに組み込まれるジャイロセンサモジュールであって、第１検出軸回りの第１角速度ω１を検出し、出力する第１のジャイロセンサと、前記第１角速度ω１の符号を判定する符号判定回路と、前記第１検出軸と直交する第２検出軸回りの第２角速度ω２を検出し、出力する第２のジャイロセンサと、前記第１、第２のジャイロセンサの出力を補正するセンサ出力補正回路と、前記センサ出力補正回路で補正された第１角速度ω１’および第２角速度ω２’の２乗和平均を演算し、前記符号判定回路によって得られた前記第１角速度ω１の符号を前記２乗和平均に乗算し、角速度ωを出力する演算回路とを備え、前記センサ出力補正回路は、前記ジャイロセンサモジュールが設置されている前記移動体が停止している時の前記第１のジャイロセンサの出力値に対応する補正値Ｂ１を前記第１角速度ω１から減算した値ω１”を出力する第１のオフセット調整回路と、前記ジャイロセンサモジュールが設置されている前記移動体が停止している時の前記第２のジャイロセンサの出力値に対応する補正値Ｂ２を前記第２角速度ω２から減算した値ω２”を出力する第２のオフセット調整回路とを有し、前記角速度ωは、前記第１検出軸と前記第２検出軸とがなす面内で、かつ前記第１検出軸から−９０度から＋９０度の範囲の軸周りの角速度であることを特徴とする。
【０００６】
この発明によれば、センサ出力補正回路に含まれる第１、第２のオフセット調整回路によって、第１角速度ω１および第２角速度ω２は、移動体が停止している時の第１のジャイロセンサの補正値Ｂ１および第２のジャイロセンサの補正値Ｂ２を減じることによって、第１角速度ω１”および第２角速度ω２”に換算される。したがって、移動体の移動時のより正確な第１角速度ω１”および第２角速度ω２”が得られる。
また、演算回路によって、換算された第１角速度ω１”および第２角速度ω２”に基づいてセンサ出力補正回路で補正された第１角速度ω１’および第２角速度ω２’の２乗和平均によって被検出軸での角速度ωが演算される。したがって、第１検出軸と第２検出軸とを含む平面内のどの位置に被検出軸があっても、被検出軸における角速度ωの検出を、第１角速度ω１と第２角速度ω２とに基づいた合成によって、検出軸の取付角度の変化にかかわらず精度よく行えるジャイロセンサモジュールが得られる。
なお、第１検出軸と第２検出軸とが直交するとは、正確に直交するのみならず製造過程で生ずるずれの範囲内も含む。例えば、第１検出軸と第２検出軸との交わる角度が、８５°〜９５°の間であれば、直交するに含まれる。
【０００７】
本発明では、前記ジャイロセンサモジュールは、前記演算回路から出力される前記角速度ωを積分して得られる進行方位と前記ナビゲーションシステムの演算で決められた前記移動体の進行方位との誤差Δθを出力する車両位置測定回路と、前記誤差Δθと前記演算回路から出力される前記角速度ωと前記移動体から出力される車速パルスとから、感度調整信号Ａ１，Ａ２を算出し、出力する調整係数演算回路とを備え、前記センサ出力補正回路は、前記第１のオフセット調整回路の前記ω１”に前記感度調整信号Ａ１を掛け合わせた値ω１’を出力する第１の感度調整回路と、前記第２のオフセット調整回路の前記出力ω２”に前記感度調整信号Ａ２を掛け合わせた値ω２’を出力する第２の感度調整回路とを有しているのが好ましい。
この発明では、ωを積分して得られる進行方位とナビゲーションシステムの演算で決められた進行方位との誤差Δθとωと車速パルスとから感度調整信号Ａ１、Ａ２が算出される。そして、この感度調整信号Ａ１、Ａ２がそれぞれω１”およびω２”に掛け合わされて感度調整が行われ、センサ出力補正回路からω１’およびω２’が出力される。したがって、角速度ωの検出がより精度よく行えるジャイロセンサモジュールが得られる。
【０００８】
本発明の角速度検出方法は、移動体に取り付けられ、ナビゲーションシステムに組み込まれるジャイロセンサモジュールを用いた角速度検出方法であって、第１検出軸回りの第１角速度ω１を検出し、前記第１角速度ω１の符号を判定し、前記第１検出軸と直交する第２検出軸回りの第２角速度ω２を検出し、前記ジャイロセンサモジュールが設置されている前記移動体が停止している時の前記第１のジャイロセンサの出力値に対応する補正値Ｂ１を前記第１角速度ω１から減算する第１のオフセット調整と、前記ジャイロセンサモジュールが設置されている移動体が停止している時の前記第２のジャイロセンサの出力値に対応する補正値Ｂ２を前記第２角速度ω２から減算する第２のオフセット調整とを含むセンサ出力補正を行い、前記センサ出力補正で補正された第１角速度ω１’および第２角速度ω２’の２乗和平均を演算し、前記第１検出軸と前記第２検出軸とがなす面内で、かつ前記第１検出軸から−９０度から＋９０度の範囲の軸周りの角速度ωを算出することを特徴とする。
【０００９】
本発明では、第１角速度ω１および第２角速度ω２を、移動体が停止している時の第１のジャイロセンサの補正値Ｂ１および第２のジャイロセンサの補正値Ｂ２を減じることによって、オフセット調整する。したがって、移動体の移動時のより正確な第１角速度ω１’および第２角速度ω２’が得られる。
また、補正された第１角速度ω１’および第２角速度ω２’の２乗和平均によって被検出軸での角速度ωを演算する。したがって、第１検出軸と第２検出軸とを含む平面内のどの位置に被検出軸があっても、被検出軸における角速度ωの検出を、第１検出軸で検出された第１角速度ω１と第２検出軸で検出された第２角速度ω２とに基づいた合成によって、検出軸の取付角度の変化にかかわらず精度よく行える。
【００１０】
本発明では、前記角速度ωを積分して得られる進行方位と前記ナビゲーションシステムの演算で決められた前記移動体の進行方位との誤差Δθを算出し、前記誤差Δθと前記角速度ωとから、感度調整信号Ａ１，Ａ２を算出し、前記センサ出力補正において、前記第１のオフセット調整後の値ω１”に前記感度調整信号Ａ１を掛け合わせた値ω１’を算出する第１の感度調整と、前記第２のオフセット調整後の値ω２”に前記感度調整信号Ａ２を掛け合わせた値ω２’を算出する第２の感度調整とを有しているのが好ましい。
この発明では、オフセット調整に加えて、ωを積分して得られる進行方位とナビゲーションシステムの演算で決められた進行方位との誤差Δθとωと車速パルスとから算出される感度調整信号Ａ１、Ａ２を、それぞれω１”およびω２”に掛け合わせて感度調整を行う。したがって、角速度ωの検出がより精度よく行える。
【００１１】
本発明では、前記センサ出力補正は、センサ出力補正回路によって行うのが好ましい。
この発明では、センサ出力補正回路によりセンサ出力補正を行うので、ジャイロセンサモジュールにセンサ出力補正回路を組み込むことが可能になる。
【００１２】
本発明では、前記センサ出力補正、前記角速度ωの算出、前記誤差Δθの算出または前記感度調整信号Ａ１，Ａ２の算出の処理のうち、１つまたは複数の処理をソフトウェア処理によって行うのが好ましい。
この発明では、センサ出力補正、角速度ωの算出、誤差Δθの算出または感度調整信号Ａ１，Ａ２の算出の処理のうち、１つまたは複数のソフトウェア処理で処理を行うので、ジャイロセンサモジュールの組み込まれたナビゲーションシステムのＣＰＵ（Central Processing Unit）での処理が可能になる。したがって、ジャイロセンサモジュールが小型になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を具体化した実施形態について、図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１は、本実施形態におけるジャイロセンサモジュール１００の組み込まれたナビゲーションシステム１０１を移動体である車両１０２に取り付けた状態を示す模式図である。
図１において、ナビゲーションシステム１０１は、車両１０２の前方に取り付けられている。ここで、紙面に対して左側が車両１０２の進行方向である。また、ナビゲーションシステム１０１は、その底面１０３と地上水平面７０とのなす角度がθで取り付けられている。ジャイロセンサモジュール１００は、ナビゲーションシステム１０１の底面１０３に組み込まれている。
【００１４】
図２は、本実施形態におけるジャイロセンサモジュール１００を示す概略斜視図である。
図２において、ジャイロセンサモジュール１００は、第１のジャイロセンサ１０と第２のジャイロセンサ２０と回路３０と升型のパッケージ４０と蓋５０とを備えている。
第１のジャイロセンサ１０と第２のジャイロセンサ２０と回路３０とは、パッケージ４０の矩形の底面４１に配置されている。
【００１５】
第１のジャイロセンサ１０は、音叉型のジャイロセンサである。第１のジャイロセンサ１０は、その第１検出軸１１が、矩形の底面４１の短辺と平行になるように配置されている。
第２のジャイロセンサ２０は、Ｔ型の振動子を二つ組み合わせたＷＴ型のジャイロセンサである。第２のジャイロセンサ２０は、その第２検出軸２１が、底面４１に対し直交するように配置されている。
したがって、第１検出軸１１と第２検出軸２１とは直交している（図中で第１検出軸１１の延長線上での第２検出軸２１の方向を点線で示した）。
第１検出軸１１と第２検出軸２１とが直交していれば、底面４１に配置された第１のジャイロセンサ１０と第２のジャイロセンサ２０との位置関係は、どのような配置であってもよい。
【００１６】
図３は、第１検出軸１１、第２検出軸２１および被検出軸６０と地上水平面７０との位置関係を示す図である。図では、地上水平面７０は紙面に対して直交している。
図３において、角速度ωの被検出軸６０は、地上水平面７０に対して垂直な方向を向いている。図１に示したジャイロセンサモジュール１００の組み込まれたナビゲーションシステム１０１は、第１検出軸１１と第２検出軸２１とを含む平面が、地上水平面７０に対して略垂直になるように車両等に取り付けられる。
【００１７】
正確に方位を検出するには、ナビゲーションシステム１０１の取付角度等の変化によっても、第１検出軸１１と第２検出軸２１とを含む平面内から被検出軸６０がずれないようにナビゲーションシステム１０１を車両等に取り付けて使用する。
具体的には、車両の場合、ナビゲーションシステム１０１の取付角度と地上水平面７０とのなす角度θは、第１検出軸１１と第２検出軸２１とを含む平面が車両等の進行方向と平行になるように、ナビゲーションシステム１０１を取り付ける。図３では、紙面に対して左右方向が車両等の進行方向になる。
角速度ωが発生すると、ベクトル的に分解されるように、第１検出軸１１では、第１検出軸１１での第１角速度ω１が検出され、第２検出軸２１では、第２検出軸２１での第２角速度ω２が検出される。
【００１８】
図４は、回路３０の信号処理ブロック図である。
図４において、回路３０は、センサ出力補正回路３２と演算回路３３と符号判定回路３４と制御回路３５とを備えている。
【００１９】
第１のジャイロセンサ１０では第１角速度ω１を検出し、第２のジャイロセンサ２０では第２角速度ω２を検出する。その信号は、センサ出力補正回路３２へと送られる。
センサ出力補正回路３２は、第１のオフセット調整回路３６と第２のオフセット調整回路３７と第１の感度調整回路３８と第２の感度調整回路３９を備えている。
第１のオフセット調整回路３６では、検出した第１角速度ω１から車両１０２が停止している時の第１ジャイロセンサ１０の補正値Ｂ１を減算した値ω１”を求め出力する。
第２のオフセット調整回路３７では、検出した第２角速度ω２から車両１０２が停止している時の第２ジャイロセンサ２０の補正値Ｂ２を減算した値ω２”を求め出力する。
【００２０】
第１の感度調整回路３８では、ω１”に感度調整信号Ａ１を乗じた値ω１’を求め出力する。第２の感度調整回路３９では、ω２”に感度調整信号Ａ２を乗じた値ω２’を求め出力する。
補正値Ｂ１、補正値Ｂ２、感度調整信号Ａ１および感度調整信号Ａ２は制御回路３５から出力される。
ω１’およびω２’の信号は、演算回路３３へと送られる。また、ω１’の信号は符号判定回路３４にも送られる。
【００２１】
演算回路３３は、２乗和平均回路３３１と乗算回路３３２とを備えている。２乗和平均回路３３１では、ω１’とω２’との２乗和平均である√（ω１’2＋ω２’2）を求め、｜ω｜として出力する。一方、符号判定回路３４によってω１’の信号からｓｉｇｎ（ω１’）値を求め、正負を決める。符号判定回路３４は、ｓｉｇｎ（ω１’）が正であればｃωを出力し、入力される角速度ωが図３の矢印方向に向かって時計回りの回転であることを示す。また、符号判定回路３４は、ｓｉｇｎ（ω１’）が負であれば、ｃｃωを出力し、入力される角速度ωが図３の矢印方向に向かって反時計回りの回転であることを示す。
演算回路３３では、乗算回路３３２によって、符号判定回路３４の出力と｜ω｜を乗じて正負が加味された角速度ωの値の信号を出力する。
【００２２】
制御回路３５は、車両位置測定回路３５１と調整係数演算回路３５２とを備えている。
車両位置測定回路３５１は、ωを積分して求めた進行方位とナビゲーションシステム１０１の演算で決められた車両１０２の進行方位θとの誤差Δθを出力する。次に、調整係数演算回路３５２は、誤差Δθと演算回路３３から出力される角速度ωと車両１０２から出力される車速パルスとから、感度調整信号Ａ１、Ａ２を算出し、第１の感度調整回路３８と第２の感度調整回路３９とへ出力する。感度調整信号Ａ１、Ａ２は、常にＡ１＝Ａ２であってもよい。また、次の式に基いて算出することができる。
Ａ１＝Ａ２＝１＋Δθ／θ＝１＋（θω−θ）／θ
ここで、θωは、乗算回路３３２が出力するωを、車両１０２の進行方位が０からθまで変位する間、積分した値であり、次の式に基づく。
θω＝∫ωｄｔ
【００２３】
また、調整係数演算回路３５２は、車両１０２が停止している時の第１ジャイロセンサ１０の補正値Ｂ１を第１のオフセット調整回路３６に、第２ジャイロセンサ２０の補正値Ｂ２を第２のオフセット調整回路３７に出力する。
車両１０２が停止しているか否かの判断は、制御回路３５が、車速パルスに基づいて判断する。その他に例えば、ナビゲーションシステム１０１が起動したことをトリガとしたり、イグニッションキーがオフ状態からアクセサリーオンまたはイグニッションオンに切り換わったことをトリガとしたりして、オフセット調整を行うこともできる。
【００２４】
なお、第１、第２の感度調整回路３８，３９は、それぞれ、第１、第２のオフセット調整回路３６，３７より後段にあればよく、例えば、２乗和平均回路３３１や乗算回路３３２の後段にあっても良い。
また、温度変化による調整量の変化を記憶しておき、温度センサによってその調整を自動的に行ってもよい。
さらに、車両１０２のピッチ方向への傾きによる、マップとの誤差を重力方位センサや加速度センサによって検知し、感度調整を行ってもよい。
【００２５】
以下、本実施形態の効果を記載する。
（１）センサ出力補正回路３２に含まれる第１のオフセット調整回路３６および第２のオフセット調整回路３７によって、第１角速度ω１および第２角速度ω２を、第１角速度ω１および第２角速度ω２から、車両１０２が停止している時の第１のジャイロセンサ１０の補正値Ｂ１および第２のジャイロセンサ２０の補正値Ｂ２を減じることによって、第１角速度ω１”および第２角速度ω２”に換算できる。したがって、車両１０２の移動時のより正確な第１角速度ω１”および第２角速度ω２”を得ることができる。
【００２６】
（２）演算回路３３によって、換算された第１角速度ω１”および第２角速度ω２”に基づいてセンサ出力補正回路３２で補正された第１角速度ω１’および第２角速度ω２’の２乗和平均によって被検出軸６０での角速度ωを演算できる。したがって、第１検出軸１１と第２検出軸２１とを含む平面内のどの位置に被検出軸６０があっても、被検出軸６０における角速度ωの検出を、第１角速度ω１と第２角速度ω２とに基づいた合成によって、検出軸の取付角度の変化にかかわらず精度よく行えるジャイロセンサモジュール１００および角速度検出方法を得ることができる。
【００２７】
（３）ωを積分して得られる進行方位とナビゲーションシステム１０１の演算で決められた進行方位との誤差Δθとωと車速パルスとから感度調整信号Ａ１、Ａ２を算出できる。そして、この感度調整信号Ａ１、Ａ２がそれぞれω１”およびω２”に掛け合わされて感度調整が行われ、センサ出力補正回路３２からω１’およびω２’を出力できる。したがって、角速度ωの検出がより精度よく行えるジャイロセンサモジュール１００および角速度検出方法を得ることができる。
【００２８】
（４）第１のジャイロセンサ１０が第１検出軸１１を、第２のジャイロセンサ２０が第２検出軸２１を備えればよいので、１つのジャイロセンサが２つの検出軸を備える場合と比較して、ジャイロセンサの構造を簡単にできる。
【００２９】
（５）演算回路３３により角速度ωの出力を行うので、ジャイロセンサモジュール１００に回路３０を組み込むことが可能になる。
【００３０】
（第２実施形態）
図５は、本実施形態におけるジャイロセンサモジュール２００を示す概略斜視図である。
ジャイロセンサモジュール２００は、第１のジャイロセンサ１２と第２のジャイロセンサ２２と回路３１と矩形の設置面８１を有する基板８０とを備えている。
【００３１】
第１のジャイロセンサ１２は、矩形の実装面１３を備えたパッケージに実装された音叉型のジャイロセンサである。その第１検出軸１１は、実装面１３の長辺に平行になっている。第１のジャイロセンサ１２は、その第１検出軸１１が、矩形の設置面８１の短辺と平行になるように配置されている。
第２のジャイロセンサ２２は、矩形の実装面２３を備えたパッケージに実装されたＷＴ型のジャイロセンサである。その第２検出軸２１は、実装面２３と直交している。第２のジャイロセンサ２２は、実装面２３の長辺と設置面８１の長辺が平行になるように配置されている。
したがって、第１検出軸１１と第２検出軸２１とは直交している（図中で第１検出軸１１の延長線上での第２検出軸２１の方向を点線で示した）。
第１検出軸１１と第２検出軸２１とが直交していれば、底面８１に配置された第１のジャイロセンサ１２と第２のジャイロセンサ２２との位置関係は、どのようなものであってもよい。また、回路３０は、第１実施形態と同様の回路を用いることができる。
【００３２】
本実施形態では、第１実施形態の効果に加えて、以下の効果を有する。
（６）既存の実装された第１のジャイロセンサ１２および第２のジャイロセンサ２２と回路３０とを組み合わせて簡便にジャイロセンサモジュール２００を構成することができる。
【００３３】
（第３実施形態）
図６は、本実施形態におけるジャイロセンサモジュール３００を示す概略斜視図である。
図６において、ジャイロセンサモジュール３００は、第１のジャイロセンサ１０と第２のジャイロセンサ１４と回路３０と升型のパッケージ４０と蓋５０とを備えている。
第１のジャイロセンサ１０と第２のジャイロセンサ１４と回路３０とは、パッケージ４０の矩形の底面４１に配置されている。
【００３４】
第１のジャイロセンサ１０は、音叉型のジャイロセンサである。第１のジャイロセンサ１０は、その第１検出軸１１が、矩形の底面４１の短辺と平行になるように配置されている。
第２のジャイロセンサ１４は、音叉型のジャイロセンサである。第２のジャイロセンサ１４は、その第２検出軸１５が、矩形の底面４１の長辺に対し平行になるように配置されている。
したがって、第１検出軸１１と第２検出軸１５とは直交している（図中で第１検出軸１１の延長線と第２検出軸１５延長線とを点線で示した）。
【００３５】
ジャイロセンサモジュール３００の取り付け方法は、第１検出軸１１と第２検出軸１５とを含む平面が、図２に示したように地上水平面７０と直交するように取り付ける。具体的には、底面４１と地上水平面７０とが直交するように取り付け、車両に取り付ける場合、第１実施形態と同様に、底面を車両の進行方向と平行に取り付けて使用する。
本実施形態は、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００３６】
（第４実施形態）
図７は、本実施形態におけるジャイロセンサモジュール４００を示す概略斜視図である。
ジャイロセンサモジュール４００は、第１のジャイロセンサ１６と第２のジャイロセンサ１７と回路３０と、矩形の設置面８１を有する基板８０とを備えている。
【００３７】
第１のジャイロセンサ１６および第２のジャイロセンサ１７は、矩形の実装面１９を備えたパッケージに実装された音叉型のジャイロセンサである。
第１のジャイロセンサ１６の第１検出軸１１および第２のジャイロセンサ１７の第２検出軸１８は、実装面１９の長辺に平行にパッケージされている。
第１のジャイロセンサ１６は、実装面１９の長辺と設置面８１の短辺とが平行になるように配置されている。
第２のジャイロセンサ１７は、実装面１９の長辺と設置面８１の長辺とが平行になるように配置されている。
したがって、第１検出軸１１と第２検出軸１８とは直交している（図中で第１検出軸１１の延長線と第２検出軸１８の延長線とを点線で示した）。
回路３０は、第１実施形態と同様の回路を用いることができる。
本実施形態では、第２実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００３８】
（第５実施形態）
図８は、ソフトウェア処理を用いた信号処理ブロック図である。
本実施形態では、前述の各実施形態において、回路３０を含まないジャイロセンサモジュール１００，２００，３００，４００を用いて角速度を計算する。
第１のジャイロセンサ１０，１２，１６と第２のジャイロセンサ２０，１４，１７，２２とで検出された、第１角速度ω１および第２角速度ω２のアナログ信号は、ＡＤＣ（Analog Digital Converter）によってデジタル信号に変換される。ＡＤＣは、ジャイロセンサモジュール１００，２００，３００，４００に設けてもよいし、ジャイロセンサモジュール１００，２００，３００，４００とは別にジャイロセンサモジュール１００，２００，３００，４００を備えた装置、例えばナビゲーションシステム１０１に設けてもよい。
変換されたデジタル信号を用いたＣＰＵによるソフトウェア処理により、センサ出力補正、２乗和平均演算、乗算、符号判定、調整係数演算、車両位置測定を行い角速度ωを検出することができる。
ソフトウェア処理は、センサ出力補正、２乗和平均演算、乗算、符号判定、調整係数演算、車両位置判定の処理のうち１つか複数行ってもよい。このとき、ソフトウェア処理を行う処理の前にはＡＤＣを設ける。
【００３９】
以下、本実施形態の効果を記載する。
（７）センサ出力補正、角速度ωの算出、誤差Δθの算出または感度調整信号Ａ１，Ａ２の算出の処理のうち、１つまたは複数のソフトウェア処理で処理を行うので、ジャイロセンサモジュール１００，２００，３００，４００が組み込まれたナビゲーションシステム１０１のＣＰＵ（Central Processing Unit）での処理が可能になる。したがって、ジャイロセンサモジュール１００，２００，３００，４００を小型にできる。
【００４０】
本発明のジャイロセンサモジュールおよび角速度検出方法は、車両としての二輪車にも使用できる。以下に、二輪車に使用する場合を図２に基づいて説明する。
二輪車に使用するには、第１検出軸１１と第２検出軸２１とを含む平面を、二輪車の進行方向と直交するようにジャイロセンサモジュール１００を取り付ける。
【００４１】
また、車両から取り外して携帯可能なナビゲーション装置においては、車両に再び取り付けるごとに取付角度が変化するため、本発明のジャイロセンサモジュールおよび角速度検出方法を有効に活用できる。また、表示画面が上下に角度調整されるのに応じてジャイロセンサモジュールの取付角度が変化するナビゲーション装置が存在する。このようなナビゲーション装置においては、本発明のジャイロセンサモジュールの２つの軸とのなす面を進行方向と平行になるように設置することによって、運転者が所望するように表示画面の角度を調節しても正確な角速度を求めることができる。
【００４２】
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、１つのジャイロセンサが第１検出軸と第２検出軸を備え、１つのジャイロセンサで第１角速度および第２角速度を検出する構成であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の第１実施形態におけるジャイロセンサモジュールの組み込まれたナビゲーションシステムを移動体である車両に取り付けた状態を示す模式図。
【図２】ジャイロセンサモジュールを示す概略斜視図。
【図３】第１検出軸、第２検出軸および被検出軸と地上水平面との位置関係を示す図。
【図４】回路の信号処理ブロック図。
【図５】本発明の第２実施形態におけるジャイロセンサモジュールを示す概略斜視図。
【図６】本発明の第３実施形態におけるジャイロセンサモジュールを示す概略斜視図。
【図７】本発明の第４実施形態におけるジャイロセンサモジュールを示す概略斜視図。
【図８】本発明の第５実施形態におけるソフトウェア処理を用いた信号処理ブロック図。
【符号の説明】
【００４４】
１０，１２，１６…第１のジャイロセンサ、１４，１７，２０，２２，…第２のジャイロセンサ、１１…第１検出軸、１５，１８，２１…第２検出軸、３０，３１…回路、３２…センサ出力補正回路、３３…演算回路、３６…第１のオフセット調整回路、３７…第２のオフセット調整回路、３８…第１の感度調整回路、３９…第２の感度調整回路、１００，２００，３００，４００…ジャイロセンサモジュール、１０１…ナビゲーションシステム、１０２…移動体としての車両、３５１…車両位置測定回路、３５２…調整係数演算回路。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体に取付けられるナビゲーションシステムに組み込まれるジャイロセンサモジュールであって、
第１検出軸回りの第１角速度ω１を検出し、出力する第１のジャイロセンサと、
前記第１角速度ω１の符号を判定する符号判定回路と、
前記第１検出軸と直交する第２検出軸回りの第２角速度ω２を検出し、出力する第２のジャイロセンサと、
前記第１、第２のジャイロセンサの出力を補正するセンサ出力補正回路と、
前記センサ出力補正回路で補正された第１角速度ω１’および第２角速度ω２’の２乗和平均を演算し、前記符号判定回路によって得られた前記第１角速度ω１の符号を前記２乗和平均に乗算し、角速度ωを出力する演算回路とを備え、
前記センサ出力補正回路は、前記ジャイロセンサモジュールが設置されている前記移動体が停止している時の前記第１のジャイロセンサの出力値に対応する補正値Ｂ１を前記第１角速度ω１から減算した値ω１”を出力する第１のオフセット調整回路と、
前記ジャイロセンサモジュールが設置されている前記移動体が停止している時の前記第２のジャイロセンサの出力値に対応する補正値Ｂ２を前記第２角速度ω２から減算した値ω２”を出力する第２のオフセット調整回路とを有し、
前記角速度ωは、前記第１検出軸と前記第２検出軸とがなす面内で、かつ前記第１検出軸から−９０度から＋９０度の範囲の軸周りの角速度である
ことを特徴とするジャイロセンサモジュール。
【請求項２】
請求項１に記載のジャイロセンサモジュールにおいて、
前記ジャイロセンサモジュールは、
前記演算回路から出力される前記角速度ωを積分して得られる進行方位と前記ナビゲーションシステムの演算で決められた前記移動体の進行方位との誤差Δθを出力する車両位置測定回路と、
前記誤差Δθと前記演算回路から出力される前記角速度ωと前記移動体から出力される車速パルスとから、感度調整信号Ａ１，Ａ２を算出し、出力する調整係数演算回路とを備え、
前記センサ出力補正回路は、前記第１のオフセット調整回路の前記ω１”に前記感度調整信号Ａ１を掛け合わせた値ω１’を出力する第１の感度調整回路と、
前記第２のオフセット調整回路の前記出力ω２”に前記感度調整信号Ａ２を掛け合わせた値ω２’を出力する第２の感度調整回路とを有している
ことを特徴とするジャイロセンサモジュール。
【請求項３】
移動体に取り付けられ、ナビゲーションシステムに組み込まれるジャイロセンサモジュールを用いた角速度検出方法であって、
第１検出軸回りの第１角速度ω１を検出し、
前記第１角速度ω１の符号を判定し、
前記第１検出軸と直交する第２検出軸回りの第２角速度ω２を検出し、
前記ジャイロセンサモジュールが設置されている前記移動体が停止している時の前記第１のジャイロセンサの出力値に対応する補正値Ｂ１を前記第１角速度ω１から減算する第１のオフセット調整と、
前記ジャイロセンサモジュールが設置されている移動体が停止している時の前記第２のジャイロセンサの出力値に対応する補正値Ｂ２を前記第２角速度ω２から減算する第２のオフセット調整とを含むセンサ出力補正を行い、
前記センサ出力補正で補正された第１角速度ω１’および第２角速度ω２’の２乗和平均を演算し、前記第１検出軸と前記第２検出軸とがなす面内で、かつ前記第１検出軸から−９０度から＋９０度の範囲の軸周りの角速度ωを算出する
ことを特徴とする角速度検出方法。
【請求項４】
請求項３に記載の角速度検出方法であって、
前記角速度ωを積分して得られる進行方位と前記ナビゲーションシステムの演算で決められた前記移動体の進行方位との誤差Δθを算出し、
前記誤差Δθと前記角速度ωとから、感度調整信号Ａ１，Ａ２を算出し、
前記センサ出力補正において、前記第１のオフセット調整後の値ω１”に前記感度調整信号Ａ１を掛け合わせた値ω１’を算出する第１の感度調整と、
前記第２のオフセット調整後の値ω２”に前記感度調整信号Ａ２を掛け合わせた値ω２’を算出する第２の感度調整とを有している
ことを特徴とする角速度検出方法。
【請求項５】
請求項３および請求項４に記載の角速度検出方法であって、
前記センサ出力補正は、センサ出力補正回路によって行う
ことを特徴とする角速度検出方法。
【請求項６】
請求項３および請求項４に記載の角速度検出方法であって、
前記センサ出力補正、前記角速度ωの算出、前記誤差Δθの算出または前記感度調整信号Ａ１，Ａ２の算出の処理のうち、１つまたは複数の処理をソフトウェア処理によって行う
ことを特徴とする角速度検出方法。
【請求項１】
移動体に取付けられるナビゲーションシステムに組み込まれるジャイロセンサモジュールであって、
第１検出軸回りの第１角速度ω１を検出し、出力する第１のジャイロセンサと、
前記第１角速度ω１の符号を判定する符号判定回路と、
前記第１検出軸と直交する第２検出軸回りの第２角速度ω２を検出し、出力する第２のジャイロセンサと、
前記第１、第２のジャイロセンサの出力を補正するセンサ出力補正回路と、
前記センサ出力補正回路で補正された第１角速度ω１’および第２角速度ω２’の２乗和平均を演算し、前記符号判定回路によって得られた前記第１角速度ω１の符号を前記２乗和平均に乗算し、角速度ωを出力する演算回路とを備え、
前記センサ出力補正回路は、前記ジャイロセンサモジュールが設置されている前記移動体が停止している時の前記第１のジャイロセンサの出力値に対応する補正値Ｂ１を前記第１角速度ω１から減算した値ω１”を出力する第１のオフセット調整回路と、
前記ジャイロセンサモジュールが設置されている前記移動体が停止している時の前記第２のジャイロセンサの出力値に対応する補正値Ｂ２を前記第２角速度ω２から減算した値ω２”を出力する第２のオフセット調整回路とを有し、
前記角速度ωは、前記第１検出軸と前記第２検出軸とがなす面内で、かつ前記第１検出軸から−９０度から＋９０度の範囲の軸周りの角速度である
ことを特徴とするジャイロセンサモジュール。
【請求項２】
請求項１に記載のジャイロセンサモジュールにおいて、
前記ジャイロセンサモジュールは、
前記演算回路から出力される前記角速度ωを積分して得られる進行方位と前記ナビゲーションシステムの演算で決められた前記移動体の進行方位との誤差Δθを出力する車両位置測定回路と、
前記誤差Δθと前記演算回路から出力される前記角速度ωと前記移動体から出力される車速パルスとから、感度調整信号Ａ１，Ａ２を算出し、出力する調整係数演算回路とを備え、
前記センサ出力補正回路は、前記第１のオフセット調整回路の前記ω１”に前記感度調整信号Ａ１を掛け合わせた値ω１’を出力する第１の感度調整回路と、
前記第２のオフセット調整回路の前記出力ω２”に前記感度調整信号Ａ２を掛け合わせた値ω２’を出力する第２の感度調整回路とを有している
ことを特徴とするジャイロセンサモジュール。
【請求項３】
移動体に取り付けられ、ナビゲーションシステムに組み込まれるジャイロセンサモジュールを用いた角速度検出方法であって、
第１検出軸回りの第１角速度ω１を検出し、
前記第１角速度ω１の符号を判定し、
前記第１検出軸と直交する第２検出軸回りの第２角速度ω２を検出し、
前記ジャイロセンサモジュールが設置されている前記移動体が停止している時の前記第１のジャイロセンサの出力値に対応する補正値Ｂ１を前記第１角速度ω１から減算する第１のオフセット調整と、
前記ジャイロセンサモジュールが設置されている移動体が停止している時の前記第２のジャイロセンサの出力値に対応する補正値Ｂ２を前記第２角速度ω２から減算する第２のオフセット調整とを含むセンサ出力補正を行い、
前記センサ出力補正で補正された第１角速度ω１’および第２角速度ω２’の２乗和平均を演算し、前記第１検出軸と前記第２検出軸とがなす面内で、かつ前記第１検出軸から−９０度から＋９０度の範囲の軸周りの角速度ωを算出する
ことを特徴とする角速度検出方法。
【請求項４】
請求項３に記載の角速度検出方法であって、
前記角速度ωを積分して得られる進行方位と前記ナビゲーションシステムの演算で決められた前記移動体の進行方位との誤差Δθを算出し、
前記誤差Δθと前記角速度ωとから、感度調整信号Ａ１，Ａ２を算出し、
前記センサ出力補正において、前記第１のオフセット調整後の値ω１”に前記感度調整信号Ａ１を掛け合わせた値ω１’を算出する第１の感度調整と、
前記第２のオフセット調整後の値ω２”に前記感度調整信号Ａ２を掛け合わせた値ω２’を算出する第２の感度調整とを有している
ことを特徴とする角速度検出方法。
【請求項５】
請求項３および請求項４に記載の角速度検出方法であって、
前記センサ出力補正は、センサ出力補正回路によって行う
ことを特徴とする角速度検出方法。
【請求項６】
請求項３および請求項４に記載の角速度検出方法であって、
前記センサ出力補正、前記角速度ωの算出、前記誤差Δθの算出または前記感度調整信号Ａ１，Ａ２の算出の処理のうち、１つまたは複数の処理をソフトウェア処理によって行う
ことを特徴とする角速度検出方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００８−１５１６８１（Ｐ２００８−１５１６８１Ａ）
【公開日】平成２０年７月３日（２００８．７．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３４０８５８（Ｐ２００６−３４０８５８）
【出願日】平成１８年１２月１９日（２００６．１２．１９）
【出願人】（０００００３１０４）エプソントヨコム株式会社 (1,528)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年７月３日（２００８．７．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１２月１９日（２００６．１２．１９）
【出願人】（０００００３１０４）エプソントヨコム株式会社 (1,528)
【Ｆターム（参考）】
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