ナビゲーション装置
【課題】装置筐体に取り付けられた３軸加速度センサを用いて、距離センサによる走行距離の検出精度を高める。
【解決手段】ナビゲーション演算装置３は、車両への取り付け後最初に電源が投入され且つ車両が静止していることを条件に、車両に取り付けられたナビゲーション装置筐体の傾きを３軸加速度センサ４の前後、左右、鉛直方向の検出軸の出力として検出してその出力値を取付姿勢の基準値として記憶する。車両の走行中、３軸加速度センサ４の出力値の平均値と現在設定されている基準値とを加重平均することにより、基準値を車両水平状態での値に補正する。３軸加速度センサ４の出力値と補正した基準値とに基づいて車両の傾きを求め、その車両の傾きにより距離センサ６の出力による走行距離を補正する。
【解決手段】ナビゲーション演算装置３は、車両への取り付け後最初に電源が投入され且つ車両が静止していることを条件に、車両に取り付けられたナビゲーション装置筐体の傾きを３軸加速度センサ４の前後、左右、鉛直方向の検出軸の出力として検出してその出力値を取付姿勢の基準値として記憶する。車両の走行中、３軸加速度センサ４の出力値の平均値と現在設定されている基準値とを加重平均することにより、基準値を車両水平状態での値に補正する。３軸加速度センサ４の出力値と補正した基準値とに基づいて車両の傾きを求め、その車両の傾きにより距離センサ６の出力による走行距離を補正する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等の車両に搭載されるナビゲーション装置に関し、特に自車両の地図上の位置を自立航法により検出するナビゲーション装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車載用ナビゲーション装置は、自動車等の車両の現在位置に応じた地図データをＤＶＤ−ＲＯＭ、ハードディスク等の外部記憶装置から読出し、その地図データに基づいて地図をディスプレイ画面に表示するとともに、自車両の位置を自車位置マークとしてディスプレイ画面の一定の位置（例えば画面の中央位置もしくは中央下方位置）に固定表示し、自車両の走行に従ってディスプレイ画面上の地図をスクロールするようになっている。
【０００３】
このような車載用ナビゲーション装置においては、自車両の現在位置を検出する検出手段が必要である。このような検出手段としては、距離センサとジャイロセンサまたは地磁気センサ等の方位センサとを用いた自立（推測）航法もしくは衛星からの電波を受信するＧＰＳ（Global Positioning System）受信機を用いるＧＰＳ航法が採用されている。
【０００４】
この場合、ＧＰＳ航法は、衛星からの電波により自車両の絶対位置を算出できるので、正確な車両の位置を検出することができるが、反面、都会のビル空間、高架道路下、屋内駐車場等のＧＰＳ衛星の電波を受信できない状況では、正確な車両の位置を検出できないという問題点がある。このような問題点を解決するため、近年においては、自立航法とＧＰＳ航法とを併用し、ＧＰＳ電波が受信できない場合は自立航法を用いて車両の位置を検出するナビゲーション装置も供されている。
【０００５】
しかしながら、ナビゲーション装置に正確な経路案内を行わせるには、複雑な道路形状をもつ都心のビル街、複雑に立体交差する高速道路のインターチェンジ及びジャンクション、上下で併走する高架道路と地上道路、地下駐車場及び屋内駐車場等のように、ＧＰＳ電波の受信ができない状況が増加している現在では、誤差の少ない自立航法手段の開発が必要になってきている。
【０００６】
自立航法を行うためには、車両の走行距離と方位を検出する必要がある。車両の走行距離は、車両に設けられた距離（速度）センサにより検出でき、方位は、振動ジャイロ、ガスレートジャイロ、光ファイバージャイロ等の角速度を検出するジャイロセンサにより検出することができる。ところが、このような自立航法においては、勾配のある路面を車両が走行した場合、路面の傾きにより２次元地図上での距離に誤差が生じる。また、車両の傾きによりジャイロセンサの角速度検出軸が傾き、検出される方位にも誤差が生じる問題がある。この問題に対して、３軸の加速度センサを用いて道路の勾配による傾きを求め、車両の距離と方位の誤差を補正する技術が開示されている（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−１２５６８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１においては、車両の自立航法の高精度化のために、車両のヨー方向とピッチ方向の角速度を検出する角速度センサと、車両の前後方向軸、左右方向軸、鉛直方向軸のうち少なくとも２軸の加速度を検出する加速度センサとを備え、車両の走行距離と方位を補正するようにしている。この場合、角速度センサと加速度センサが固定される筐体の車両への取付角を検出する必要がある。この取付角の検出は、車両が水平な状態で行う必要があるため、左右車高センサや振り子式の傾斜角計を用いて車両の傾斜を検出している。しかしながら、この構成では多数のセンサが必要となり、構成が複雑化する問題がある。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、ナビゲーション装置筐体に取り付けられた３軸加速度センサを用いて距離センサによる走行距離の検出精度を高めることができるナビゲーション装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の発明によれば、補正手段は、車両に対するナビゲーション装置筐体の傾きを３軸加速度センサの前後方向軸、左右方向軸、鉛直方向軸の出力として検出してその出力値を取付姿勢の基準値として記憶する。車両が水平状態から傾いている状態で取得された基準値を用いると、その後の走行中に当該基準値と３軸加速度センサの出力値とに基づいて求めた車両の傾きに誤差が生じる。
【００１０】
車両が通行する道路には上り勾配、下り勾配、左右の傾き（バンク）などがあるが、例えば目的地までを往復する場合のように比較的長い距離で見ると、道路の平均的な傾きは零つまり車両は水平状態となる。この点に着目し、補正手段は、車両の走行中、３軸加速度センサの出力値の平均値に基づいて基準値を補正する。そして、この補正した基準値と３軸加速度センサの出力値とに基づいて車両の走行時の傾きを求め、距離センサの出力値に基づいて得られる走行距離を上記車両の傾きにより補正する。
【００１１】
これにより、車両の傾きを検出する車高センサまたは傾斜角計を用いなくても、そして最初に記憶した基準値が車両傾斜状態のものであっても、基準値は、車両が走行するに従って水平状態における理想的な値に徐々に補正される。その結果、構成が複雑化することなく走行距離の検出精度を高められ、車両位置演算手段は車両の現在位置を高精度に検出可能となる。
【００１２】
請求項２の発明によれば、ナビゲーション装置筐体の車両への取り付け後最初に電源が投入され且つ車両が静止していることを条件に取付姿勢の基準値を取り込むようにした。これにより、車両にナビゲーション装置を取り付けた工場等において車両を水平位置に停止させて電源を投入すれば、車両の水平状態に対応した正しい基準値を記憶させることができる。
【００１３】
請求項３の発明によれば、車両のドライバー等が車両が水平位置にあることを確認した後に操作手段を用いて指示したことに応じて、補正手段は取付姿勢の基準値を取り込む。これにより、車両がほぼ水平の位置にある状態における基準値を記憶させることができる。この記憶された取付姿勢の基準値は、請求項２の発明で得られる基準値と比較して正確であることが期待できる。
【００１４】
請求項４の発明によれば、車両の走行中、３軸加速度センサの出力値の平均値と現在設定されている基準値とを加重平均することにより基準値を補正する。これにより３軸加速度センサの出力値に対するフィルタ作用が得られ、該フィルタを通過した３軸加速度センサの出力値により基準値が徐々に補正される。３軸加速度センサの出力値の平均データ数および加重平均における加重割合は、車両が走行する道路の平均的な傾きをほぼ零と見なすことができる程度のフィルタ作用が得られる値に設定すればよい。
【００１５】
請求項５の発明によれば、３軸加速度センサの出力値の平均値を求めるに際し、距離センサから得られる走行距離と走行時間とに基づいて車両の加減速に係る加速度を算出し、３軸加速度センサの出力値から車両の加減速に係る加速度を減算しておく。これにより、走行中の加減速に係る加速度（外乱）に起因する影響を排除でき、基準値を車両の水平状態に対応したより正しい値に補正することができる。
【００１６】
請求項６の発明によれば、現在設定されている基準値に対し所定範囲内にある値（３軸加速度センサの出力値または３軸加速度センサの出力値から車両の加減速に係る加速度を減算した値）を対象として平均値を求める。基準値に対し所定範囲内にない場合には、車両が急勾配や大きくバンクした道路、敷石のある道路、路面電車の軌道を横切る道路、大きい段差のある道路などを走行中であって、３軸加速度センサの出力値に大きな誤差要因（外乱）が含まれている。こうした誤差要因を含む値を排除して平均値を求めるので、基準値を車両の水平状態に対応したより正しい値に補正することができる。
【００１７】
請求項７の発明によれば、請求項３の発明である操作手段を用いた指示に応じて行う基準値の補正における加重平均の平均値の加重割合は、請求項２の発明であるナビゲーション装置筐体の車両への取り付け後最初に電源が投入され且つ車両が停止しているときに行う基準値の補正における加重平均の平均値の加重割合よりも小さく設定されている。請求項３の発明の基準値は請求項２の発明の基準値に比べ正確となる傾向があるため、フィルタ作用における時定数を大きく設定して、その正確な基準値の変化率を小さくしている。これにより、請求項３の発明で得られた正確な基準値が、かえって悪化することを防止することができる。
【００１８】
請求項８の発明によれば、３軸加速度センサの出力値に基づいてナビゲーション装置筐体の傾きを検出し、ジャイロセンサの出力値に基づいて得られる方位をナビゲーション装置筐体の傾きにより補正する。これにより、車両位置演算手段は車両の現在位置をより高精度に検出可能となる。
【００１９】
請求項９の発明によれば、位置検出精度が高く、表示手段を一体化したナビゲーション装置が得られる。なお、表示手段は、ナビゲーション装置本体に対し別体としてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
（第１の実施例）
以下、本発明の第１の実施例を図１ないし図９に基づいて説明する。
図１は、本発明の車載用ナビゲーション装置の構成を概略的に示すブロック図である。この図１において、自動車等の車両１（図３参照）に搭載されるナビゲーション装置２は、ナビゲーション演算装置３を備えている。このナビゲーション演算装置３は、マイクロコンピュータ及びその他の電子部品で構成されている。機能別のブロック図で示すと、ナビゲーション装置筐体１３（図２参照）の取付姿勢の傾斜を演算し後述する補正を行う取付姿勢演算部３ａ（補正手段に相当）、車両位置演算部３ｂ（車両位置演算手段に相当）、自立航法演算部３ｃ及び地図画像描画部３ｄ（地図画像描画手段に相当）を含んで構成されている。
【００２１】
３軸加速度センサ４は、ナビゲーション装置筐体１３の傾きを検出し、ジャイロセンサ５（方位センサ）は、車両１の進行方位を検出するようになっている。これらは、ナビゲーション演算装置３に接続されている。なお、３軸加速度センサ４及びジャイロセンサ５は、後述するようにナビゲーション装置筐体１３内に取り付けられている。
【００２２】
距離センサ６は、車両１側に取り付けられており、車両１の走行距離を検出するようになっている。ＧＰＳアンテナ７は、ＧＰＳ航法を行う場合にＧＰＳ電波を受信するようになっている。これらも、ナビゲーション演算装置３に接続されている。
【００２３】
外部記憶装置８は、地図データ等のナビゲーションに必要なデータを記憶するもので、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ハードディスク等によって構成されている。この外部記憶装置８も、ナビゲーション演算装置３に接続されている。操作手段たる操作部９は、ナビゲーション装置２を外部から操作する目的で設けられたもので、キースイッチ、タッチスイッチ、リモコンスイッチ等により構成されている。操作手段たる音声マイク１０は、音声にてナビゲーション装置２を操作する目的で設けられたものである。これらの操作部９及び音声マイク１０も、ナビゲーション演算装置３に接続されている。なお、地図データ等のナビゲーションに必要なデータは、外部記憶装置８（データ記憶手段）から入力する他、インターネットなどを介してサービスセンター（データ記憶手段）からダウンロードしてもよい。
【００２４】
表示手段たるディスプレイ１１は、車両１の現在地周辺の地図に重ねて自車位置マークを表示したり、目的地までの推奨経路、経路案内、目的地検索情報等を表示するためのもので、例えばカラー液晶表示装置により構成されている。音声出力部１２は、利用者に経路案内を音声にて行うものであり、これらもナビゲーション演算装置３に接続されている。
【００２５】
図２は、ナビゲーション装置２の概略構造を示す分解斜視図である。この図２において、ナビゲーション装置２の一部をなすナビゲーション装置筐体１３内には、前記ナビゲーション演算装置３を構成するプリント基板１４が当該筐体の底面と平行となるように配設されている。このプリント基板１４上には、当該基板と同一平面上となるように前述の３軸加速度センサ４及びジャイロセンサ５が取り付けられている。ナビゲーション装置筐体１３の正面側には、上記操作部９とディスプレイ１１が取り付けられたフロントパネル１５が装着されている（ディスプレイ一体型ナビゲーション装置）。
【００２６】
図２に示す４ｘは３軸加速度センサ４の前後方向の検出軸、４ｙは３軸加速度センサ４の左右方向の検出軸、４ｚは３軸加速度センサ４の鉛直方向の検出軸である。また、５ｚはジャイロセンサ５の検出軸であり、角速度は５ωのようにこの検出軸５ｚを中心として検出される。
【００２７】
本実施例では、説明を簡単にするため、ナビゲーション装置２（ナビゲーション装置筐体１３）の車両１への取付軸ｘ、ｙ、ｚ（後述する図３参照）の向きと、３軸加速度センサ４の検出軸４ｘ、４ｙ、４ｚ（ジャイロセンサ５の検出軸５ｚ）の向きとがそれぞれ等しいものとする。ただし、ナビゲーション装置２の取付軸ｘ、ｙ、ｚに対して３軸加速度センサ４とジャイロセンサ５の検出軸にオフセットを持たせてもよい。
【００２８】
図３は、ナビゲーション装置２の車両取付状態を示している。ここで、（ａ）は車両１の上面から取付状態を見た図、（ｂ）は車両１の側面から見た図、（ｃ）は車両１の背面から見た図である。
この図３において、Ｘは車両１の前後方向の基準軸を示し、ｘはナビゲーション装置２の前後方向の取付軸（及び３軸加速度センサ４の検出軸４ｘ）を示す。Ｙは車両１の左右方向の基準軸を示し、ｙはナビゲーション装置２の左右方向の取付軸（及び３軸加速度センサ４の検出軸４ｙ）を示す。同様に、Ｚは車両１の鉛直方向の基準軸を示し、ｚはナビゲーション装置２の鉛直方向の取付軸（及び３軸加速度センサ４の検出軸４ｚ、ジャイロセンサ５の検出軸５ｚ）を示す。
【００２９】
通常、ナビゲーション装置２は、車両１のドライバー席に向けて取り付けられることが多く、取付軸ｘ（検出軸４ｘ）は車両１の前後方向の基準軸Ｘに対してα度、取付軸ｙ（検出軸４ｙ）は車両１の左右方向の基準軸Ｙに対してβ度傾いて取り付けられる。これにより、ナビゲーション装置２の鉛直方向の取付軸ｚ（検出軸４ｚ、検出軸５ｚ）は、車両１の鉛直方向の基準軸Ｚに対して前後方向にγ′度及び左右方向にγ″度傾くことになる。なお、取付軸ｘ、ｙ、ｚは互いに直交しているので、取付軸ｘの傾き角αと取付軸ｚの傾き角γ′は等しく、取付軸ｙの傾き角βと取付軸ｚの傾き角γ″も等しい。
【００３０】
図４には、車両１の前後、左右、鉛直方向の基準軸Ｘ、Ｙ、Ｚに対してナビゲーション装置２が前述のように前後方向でα度、左右方向でβ度、鉛直方向でγ度傾いて取り付けられたときの車両１の基準軸Ｘ、Ｙ、Ｚに対する３軸加速度センサ４の検出軸４ｘ、４ｙ、４ｚとジャイロセンサ５の検出軸５ｚの関係が示されている。
【００３１】
図５おいて、（ａ）は３軸加速度センサ４による傾斜検出の原理を示す図、（ｂ）は３軸加速度センサ４の出力特性を示す図である。この図５（ａ）から明らかなように、３軸加速度センサ４が水平位置にある場合には、３軸加速度センサ４の検出軸４ｘに対して重力加速度ｇは作用せず、検出軸４ｘの出力は「０」となる。一方、検出軸４ｚには重力加速度ｇがそのまま作用するので、検出軸４ｚの出力は「１Ｇ」となる。
【００３２】
ここで、３軸加速度センサ４が基準軸Ｘに対してα度傾くと、重力加速度ｇの印加軸に対して３軸加速度センサ４の検出軸４ｚが傾いて、図５（ａ）に示すように検出軸４ｘに出力が生ずる。この出力を測定することにより、３軸加速度センサ４の傾きを検出できる。なお、３軸加速度センサ４は、正負の加速度を検出するので、センサ出力電圧の中央値に「０Ｇ」がくるように設定されて図５（ｂ）に示すような直線性を持った信号を出力する。検出軸４ｙ、４ｚの出力およびセンサ特性についても同様となる。
【００３３】
図６は、ナビゲーション装置２が傾いて搭載された車両１の状態を示している。（ａ）は車両１が水平にある状態を示し、（ｂ）は車両１が左右の勾配（勾配角θｒ）を持つ道路を走行している状態を示し、（ｃ）は車両１が登り勾配（勾配角θｐ）の道路を走行している状態を示している。３軸加速度センサ４の検出軸４ｘの傾き角をα、出力をａとし、検出軸４ｙの傾き角をβ、出力をｂとし、検出軸４ｚの傾き角をγ、出力をｃとすると、出力ａ、ｂ、ｃの一般式は、それぞれ以下の（１）式、（２）式、（３）式で表すことができる。
【００３４】
検出軸４ｘの出力ａ＝ｇ・ｓｉｎ（α＋θｐ） …（１）
検出軸４ｙの出力ｂ＝ｇ・ｓｉｎ（β＋θｒ）・ｃｏｓ（α＋θｐ） …（２）
検出軸４ｚの出力ｃ＝ｇ・ｃｏｓ（α＋θｐ）・ｃｏｓ（β＋θｒ） …（３）
なお、図６（ａ）に示すように、車両１の加減速による加速度Ｇｈ、車両１の上下方向の振動による加速度Ｇｖが加わっている場合には、出力ａ、ｂ、ｃにはそれぞれ加速度Ｇｈ、Ｇｖの各検出軸４ｘ、４ｙ、４ｚの成分が加わる。
【００３５】
次に、以上のような構成に基づく本実施例の作用について図７ないし図９も参照して説明する。
図７は、ナビゲーション装置２に電源が投入されたときのナビゲーション演算装置３（以下、単に演算装置３と称する）の動作を示すフローチャートである。演算装置３は、電源が投入（ＯＮ）されると動作を開始し、この電源投入が、ナビゲーション装置２の車両１への取り付け後最初の電源投入であるか否かを判断する（判断ステップＳ１）。演算装置３は、最初の電源投入と判断したときには（判断ステップＳ１で「ＹＥＳ」）、距離センサ６の距離データの有無から車両１が静止状態にあるか否かを判断する（判断ステップＳ２）。
【００３６】
演算装置３は、車両１が静止状態にあると判断したときには（判断ステップＳ２で「ＹＥＳ」）、３軸加速度センサ４の検出軸４ｘ、４ｙ、４ｚの出力ａ、ｂ、ｃを取り込み（処理ステップＳ３）、これらを取付姿勢の基準値Ａ、Ｂ、Ｃとして例えば不揮発性メモリ（図示しないＥＥＰＲＯＭやフラッシュメモリ）に記憶させる（処理ステップＳ４）。併せて、ナビゲーション装置２の車両１への取り付け後最初の電源投入により車両１の取付姿勢の基準値Ａ、Ｂ、Ｃが記憶されたことを示す処理データを不揮発性メモリに記憶させる（処理ステップＳ５）。
【００３７】
取付姿勢の基準値Ａ、Ｂ、Ｃは、車両１が水平状態にあるときの車両１へのナビゲーション装置筐体１３の取付角に相当するものであり、車両１の走行中における走行距離の補正に必要となる（図９参照）。このため、基準値Ａ、Ｂ、Ｃは、車両１が水平状態にあるときに取得される必要がある。従って、車両メーカーやディーラーなどの工場で車両１にナビゲーション装置２を取り付けた後、車両１を水平位置に停止させて電源を投入することが好ましい。
【００３８】
しかしながら、実際には、処理ステップＳ３、Ｓ４で基準値Ａ、Ｂ、Ｃが取り込まれ記憶される際に、車両１が常に水平状態とされているとは限らない。例えば、ユーザが自らナビゲーション装置２を取り付ける場合には、取り付けた後に車両１が傾いた状態で電源を投入してしまう場合もあり得る。従って、処理ステップＳ３、Ｓ４の取り込み、記憶時点においては、記憶された基準値Ａ、Ｂ、Ｃが、車両１が水平状態にあるときに取得されたものか否か不明である。
そこで、演算装置３は、後述するように車両１の走行中に基準値Ａ、Ｂ、Ｃを補正する。演算装置３は、この補正に用いる補正係数ｋとして電源投入時の値ｋ１を設定して不揮発性メモリに記憶させ（処理ステップＳ６）、基準値記憶処理を終了する。
【００３９】
なお、処理ステップＳ５で不揮発性メモリに記憶された処理データは、ナビゲーション装置２に次に電源が投入されたときに、演算装置３が既に基準値記憶処理を終了していることを示す。従って、電源の再投入時には、判断ステップＳ１で「ＮＯ」と判断して基準値記憶処理を終了する。また、演算装置３は、車両１が走行中であるときにも、判断ステップＳ２で「ＮＯ」と判断して基準値記憶処理を終了する。
【００４０】
以上の基準値記憶処理の具体的な例を説明する。一般的には、車両１に対するナビゲーション装置２の取付角は、ドライバーの目の位置とナビゲーション装置２の取付位置の関係で決定され、前後方向は大きく、左右方向は小さく設定される。例えば、前後方向の取付角αが２０度、左右方向の取付角βが０度と仮定すると、車両１が水平状態にあるときの取付姿勢の基準値Ａ（ａ）、Ｂ（ｂ）、Ｃ（ｃ）は、前記（１）式、（２）式、（３）式より以下のようになる。
【００４１】
Ａ（ａ）＝ｇ・ｓｉｎ２０＝０．３４２Ｇ
Ｂ（ｂ）＝ｇ・ｓｉｎ０・ｃｏｓ（２０）＝０Ｇ
Ｃ（ｃ）＝ｇ・ｃｏｓ２０・ｃｏｓ（０）＝０．９４Ｇ
【００４２】
図８は、図７の処理ステップＳ４で不揮発性メモリに設定記憶された取付姿勢の基準値Ａ、Ｂ、Ｃを補正するときの演算装置３の動作を示すフローチャートである。車両１が通行する道路には上り勾配、下り勾配、左右の傾きなどがあるが、例えば目的地までを往復する場合のように比較的長い距離で見ると、道路の平均的な傾きは零つまり車両１の平均的な傾きは零（水平状態）となる。この点に着目し、演算装置３は、車両１の走行中、３軸加速度センサ４の出力ａ、ｂ、ｃの平均値を用いて基準値Ａ、Ｂ、Ｃを補正する。なお、車両１の停止中には基準値Ａ、Ｂ、Ｃの補正を行わない。停止中は、走行中と異なり車両１が傾いた状態が継続する場合があり、却って基準値Ａ、Ｂ、Ｃが車両１の傾斜状態に対応した値に補正されてしまう虞があるからである。
【００４３】
図８において、演算装置３は、車両１が走行中であることを条件に（判断ステップＴ１で「ＮＯ」）、３軸加速度センサ４の出力ａ、ｂ、ｃを取り込む（処理ステップＴ２）。車両１の走行時には、前述したように、車両１の加速、減速による加速度Ｇｈが検出軸４ｘの出力ａに、車両１の上下方向の振動による加速度Ｇｖが検出軸４ｚの出力ｃに、道路の左右方向の傾きによる重力加速度ｇの軸成分が検出軸４ｙの出力ｂにそれぞれ加わる。そこで、車両１の走行時に加わる上記各方向の加速度の影響を除去する。
【００４４】
すなわち、演算装置３は、車両１の前後方向に対しては、距離センサ６の出力である走行距離データと走行時間により車両１の加減速に係る加速度Ｇｈを求め、３軸加速度センサ４の検出軸４ｘの出力ａから車両１の加速度Ｇｈを除いた出力ａ′を求める（処理ステップＴ３）。車両１の左右方向は、通常の道路の左右勾配があまり大きくないので、３軸加速度センサ４の出力ｂをそのまま用いる。車両１の鉛直方向は、車両１のサスペンションの効果によりあまり大きな上下振動は発生しないので、３軸加速度センサ４の出力ｃをそのまま用いる（ただし、大きな上下振動については後述する判断ステップＴ４で排除する）。これにより、取付姿勢の基準値Ａ、Ｂ、Ｃに近い値を持つ出力（加速度データ）ａ′、ｂ、ｃを取り込む。
【００４５】
演算装置３は、取り込んだ出力ａ′、ｂ、ｃが、取付姿勢の基準値Ａ、Ｂ、Ｃに対して車両１の加速、減速、サスペンションによる上下振動の吸収特性に基づいて予め設定された取付姿勢の補正制限値±Ａｉ、±Ｂｉ、±Ｃｉの範囲外の場合には（判断ステップＴ４で「ＮＯ」）、その出力にはカーブでの道路のバンク、道路の段差による上下振動等の外乱が含まれる可能性があるため、その出力データを捨てて新しい加速度データを取得する。
【００４６】
これに対し、演算装置３は、出力ａ′、ｂ、ｃが、取付姿勢の基準値Ａ、Ｂ、Ｃに対して補正制限値±Ａｉ、±Ｂｉ、±Ｃｉの範囲内の場合には（判断ステップＴ４「ＹＥＳ」）、以上の手順を繰り返し（判断ステップＴ５で「ＮＯ」）、その後、複数個（ｎ個）の出力データを取得した時点で（判断ステップＴ５で「ＹＥＳ」）、その平均値を求める（処理ステップＴ６）。
【００４７】
そして、演算装置３は、処理ステップＴ６で求めたａ′、ｂ、ｃの各平均値と現在設定されている取付姿勢の基準値Ａ、Ｂ、Ｃとをそれぞれ加重平均することにより基準値Ａ、Ｂ、Ｃを補正する。上述した補正係数ｋ（本実施例ではｋ１）は、この加重平均における平均値の加重割合である。この加重平均は、出力ａ′、ｂ、ｃに対するフィルタとして作用し、補正係数ｋに応じて基準値Ａ、Ｂ、Ｃが徐々に補正される。
【００４８】
演算装置３は、次の（４）式により基準値Ａを補正する。基準値Ｂ、Ｃの補正も同様である。
【数１】
【００４９】
出力ａ′、ｂ、ｃの外乱判定を行う補正制限値Ａｉ、Ｂｉ、Ｃｉは、例えば取付姿勢の基準値Ａ、Ｂ、Ｃの数％程度の値に設定されており、外乱が含まれた出力データが排除される。また、平均化を行うデータ数ｎは、例えば数千〜数万個に設定される。さらに、取付姿勢の基準値Ａ、Ｂ、Ｃを補正する補正係数ｋ（この実施例ではｋ１）は、数％程度に設定されている。
【００５０】
図９は、上述したように補正された取付姿勢の基準値Ａ、Ｂ、Ｃを基に、演算装置３が車両１の現在位置を算出する処理を行うときのフローチャートである。演算装置３は、車両１が走行中であることを条件に自車位置の検出を行う（判断ステップＵ１で「ＹＥＳ」）。演算装置３は、車両１の走行時に規定された単位毎、例えば１０ｍｓｅｃ〜１００ｍｓｅｃ程度の時間間隔または数ｍ〜十数ｍの走行距離毎に３軸加速度センサ４の出力ａ、ｂ、ｃ（ａ、ｂ、ｃはｎ個の平均値に相当する）と、ジャイロセンサ５の角速度出力ω（方位データ）及び距離センサ６に基づく距離データＤ（演算装置３の別ルーチンによる演算結果）を取り込み（処理ステップＵ２）、出力ａから車両１の加減速に係る加速度Ｇｈを除いた出力ａ′を求める（処理ステップＵ３）。
【００５１】
演算装置３は、３軸加速度センサ４の検出軸４ｚの出力ｃの値と取付姿勢の基準値Ｃとの差が車両１の加速、減速、サスペンションによる上下振動の吸収特性により予め設定された走行時の補正制限値±Ｃｊの範囲内ならば車両１に上下振動が生じていないと判断する（判断ステップＵ４で「ＹＥＳ」）。そして、３軸加速度センサ４の検出軸４ｙの出力ｂの値と取付姿勢の取付姿勢の基準値Ｂとの差が予め設定された走行時の補正制限値±Ｂｊの範囲内ならば（判断ステップＵ５で「ＹＥＳ」）、道路の左右勾配による影響が小さいため、出力ｃの値で角速度出力ωを補正し（処理ステップＵ６）、出力ａ′と取付姿勢の基準値Ａとに基づいて距離データＤを補正する（処理ステップＵ７）。
【００５２】
一方、出力ｃの値と取付姿勢の基準値Ｃとの差が補正制限値±Ｃｊの範囲外ならば上下振動があると判断し（判断ステップＵ４で「ＮＯ」）、出力ｂの値と取付姿勢の基準値Ｂとの差が補正制限値±Ｂｊの範囲外ならば左右勾配による影響があると判断する（判断ステップＵ５で「ＮＯ」）。これらの場合には、今回取得した出力ａ′、ｃは使用せずに、直近に得られた上下振動や左右勾配の影響のない正しい出力ａ′、ｃをメモリから読み出す（処理ステップＵ８）。これら正しい出力ａ′、ｃは、少なくとも次に正しい出力ａ′、ｃが得られるまでの間メモリに記憶されている。そして、読み出した出力ｃの値で角速度出力ωを補正し（処理ステップＵ９）、読み出した出力ａ′と取付姿勢の基準値Ａとに基づいて距離データＤを補正する（処理ステップＵ１０）。
【００５３】
車両１の方位角はジャイロセンサ５の角速度出力ωを時間積分することにより求まる。角速度出力ωは検出軸５ｚが傾くと感度（値）が劣化することが知られており、角速度検出軸５ｚが鉛直よりγ度傾いたときの角速度出力ωは、
ω＝ωｖ・ｃｏｓγ …（５）
になる。ここで、ωｖは、検出軸５ｚが鉛直のときのジャイロセンサ５の角速度出力である。
【００５４】
ナビゲーション装置２は車両１に傾いて取り付けられているので、車両１が図６（ａ）に示す水平な道路を走行している場合においても、ジャイロセンサ５の角速度出力ωは（５）式で表される感度の劣化が生じる。例えば、ナビゲーション装置２が車両１に対して取付角２０度傾いて取り付けられている場合、ジャイロセンサ５の角速度出力ωは約６％低下する。すなわち、車両１が９０度曲がったときにもジャイロセンサ５の出力は８４．５度曲がったという角速度を出力し、これが方位誤差となる。そこで、上記処理ステップＵ６、Ｕ９では、（３）式に示した３軸加速度センサ４の検出軸４ｚの出力ｃの大きさに基づいて傾き角γ（またはｃｏｓγ）を算出し、さらに（５）式に基づいて角速度出力ωつまり方位データを補正する。
【００５５】
また、取付姿勢の基準値Ａは、車両１に対するナビゲーション装置２の取付角αに相当し、出力ａ′は、取付角αと車両１が位置している道路の勾配角θｐとの加算角度に相当する。従って、（１）式に基づいて、基準値Ａに対する傾き角αおよび出力ａ′に対する傾き角（α＋θｐ）を求め、これらの傾き角の差分を求めれば車両１の位置する道路の勾配角θｐ（車両１の傾き）が求まる。そして、この勾配角θｐにより、坂道を走行する際の実際の走行距離とナビゲーション装置２のディスプレイ１１に表示される２次元地図上の走行距離との誤差を補正できる。
【００５６】
このように本実施例によれば、車両１に対するナビゲーション装置筐体１３の傾きを３軸加速度センサ４の前後方向の検出軸４ｘ、左右方向の検出軸４ｙ、鉛直方向の検出軸４ｚの出力ａ、ｂ、ｃとして検出し、その出力値を取付姿勢の基準値Ａ、Ｂ、Ｃとして記憶する。車両１の傾きを正確に求めるためには、車両１が水平状態にある場合の基準値Ａ、Ｂ、Ｃが必要となる。本実施例では、車両１にナビゲーション装置２を取り付けた後、車両１を水平位置に停止させて最初に電源を投入することにより、車両１の水平状態に対応した正しい基準値Ａ、Ｂ、Ｃを記憶させることができる。
【００５７】
また、基準値Ａ、Ｂ、Ｃが、車両１が水平状態にあるときに取得されたものでない場合でも、３軸加速度センサ４を用いて基準値Ａ、Ｂ、Ｃを水平状態での正しい値に補正することができる。すなわち、車両１が走行する道路は、平坦な道のみならず坂道や左右に傾斜した道路もあるが、比較的長い走行距離で見ると道路の平均的な傾きつまり車両１の傾きは零となる。本実施例では、車両１の走行中、３軸加速度センサ４の出力ａ、ｂ、ｃの平均値と現在の基準値Ａ、Ｂ、Ｃとを加重平均することにより、フィルタ作用（平均化作用）を得て基準値を徐々に正しい値に補正することができる。
【００５８】
従って、本実施例では車両１の傾きを検出する専用のセンサ例えば車高センサや傾斜角計を備える必要がなく、従来よりも簡単で低コストの構成でありながら、車両１の傾きを正確に求めることができる。その結果、車両１の傾きを用いて距離データＤを補正することができ、自立航法の下で坂道を走行する場合にも、２次元地図に対応した正しい現在位置を算出してディスプレイ１１に表示することができる。また、３軸加速度センサ４の出力ｃを用いて角速度出力ω（方位データ）を補正するので、方位についても精度を高められ、より高精度に現在位置を求めることができる。
【００５９】
さらに、取付姿勢の基準値Ａ、Ｂ、Ｃの補正処理においては、３軸加速度センサ４の出力ａから車両１の加減速に係る加速度Ｇｈを減算している。また、基準値Ａ、Ｂ、Ｃに対し所定範囲内にない３軸加速度センサ４の出力ａ′、ｂ、ｃは、大きな誤差要因（外乱）が含まれているので排除している。これらの処理により外乱による誤差を低減でき、基準値Ａ、Ｂ、Ｃを車両１の水平状態に対応したより正しい値に補正することができる。
なお、ナビゲーション装置２が高さの情報を加味した３次元の地図データを備える場合には、車両１の走行時の道路勾配から車両１の高さ方向の位置を容易に求めることができるので、３次元地図に対しても正確な位置情報を表示できる。
【００６０】
（第２の実施例）
図１０は、本発明の第２の実施例を示す図７相当のフローチャートであり、以下、説明の便宜上、図１をも参照して説明する。
第１の実施例では、ナビゲーション装置２に最初に電源が投入され且つ車両１が静止しているという特定の条件下において自動的にナビゲーション装置２の取付姿勢の基準値（以下、自動取付姿勢基準値と称す）Ａ、Ｂ、Ｃを取り込むように構成した。従って、その取込時点で車両１が水平位置にあるか否かは不明であって、取り込まれた自動取付姿勢基準値Ａ、Ｂ、Ｃは誤差を含んでいる場合がある。
【００６１】
本実施例では、車両１のドライバー等が車両１が水平状態にあることを確認したことを条件として、取付姿勢の基準値を記憶するように構成されている。すなわち、演算装置３は、ドライバー等が車両１が水平状態に有ることを確認してナビゲーション装置２の操作スイッチ、タッチパネル等の操作部９または音声マイク１０に対して取付姿勢の基準値を記憶する操作の開始を指示する（判断ステップＳ７で「ＹＥＳ」）。
【００６２】
演算装置３は、車両１が停止していることを距離センサ６の出力により確認した後（判断ステップＳ２で「ＹＥＳ」）、３軸加速度センサ４の検出軸４ｘ、４ｙ、４ｚの出力ａ、ｂ、ｃを取付姿勢の基準値（以下、操作取付姿勢基準値と称す）Ａ、Ｂ、Ｃとして記憶する（処理ステップＳ３、Ｓ４）。演算装置３は、人為操作によって取付姿勢の基準値が記憶されたことを示す処理データを不揮発性メモリに記憶させる（処理ステップＳ８）。続いて、補正係数ｋとして水平な状態で操作取付姿勢基準値Ａ、Ｂ、Ｃが記憶されたときの値ｋ２を設定して不揮発性メモリに記憶させ（処理ステップＳ９）、基準値記憶処理を終了する。
【００６３】
従って、この第２の実施例では、取付姿勢の基準値を記憶するための特定の操作条件とは、操作部９または音声マイク１０がドライバー等により指示操作され且つ車両１が静止していることである。これにより、第１の実施例では、ナビゲーション装置２に電源が最初に投入されたときの１回のみ自動取付姿勢基準値Ａ、Ｂ、Ｃが設定されるが、本実施例では、人為的な操作により何回でも操作取付姿勢基準値Ａ、Ｂ、Ｃを設定できるようになる。
【００６４】
本実施例における演算装置３のその後の動作は、第１の実施例と同様に図８及び図９のフローチャートにより行われる。ただし、取付姿勢の基準値Ａ、Ｂ、Ｃを補正するフローチャートを示す図８において、演算装置３が実行する処理ステップＴ７では、加重平均の補正係数ｋとしてｋ２が用いられる。この値ｋ２は、図１０の処理ステップＳ４で得られた操作取付姿勢基準値Ａ、Ｂ、Ｃの数％よりさらに１桁以上小さい値に設定されている。
【００６５】
上述したように、第１の実施例では、基準値記憶処理において車両１が水平位置にあるか否かが不明であるために、自動取付姿勢基準値Ａ、Ｂ、Ｃは誤差を含んでいる場合がある。従って、図８のフローチャートによる自動取付姿勢基準値Ａ、Ｂ、Ｃの補正において、加重平均における平均値の加重割合（補正係数ｋ１）を比較的大きく設定して誤差の収束速度を速める必要がある。
【００６６】
これに対し、本実施例では、車両１のドライバー等が車両１が水平状態にあることを確認することを条件に操作取付姿勢基準値Ａ、Ｂ、Ｃを取り込むようにしているので、操作取付姿勢基準値Ａ、Ｂ、Ｃの誤差は小さい。従って、図８のフローチャートによる操作取付姿勢基準値Ａ、Ｂ、Ｃの補正において、加重平均における平均値の加重割合（補正係数ｋ２）を比較的小さく設定しても、距離データＤひいては車両１の現在位置の誤差は小さい。
【００６７】
なお、本実施例では、操作部９または音声マイク１０がドライバー等により指示操作され且つ車両１が静止しているという特定の操作条件の下に操作取付姿勢基準値Ａ、Ｂ、Ｃを取り込むようにしたが、車両１が静止しているという条件を省略してもよい。
【００６８】
（第３の実施例）
図１１は、本発明の車載用ナビゲーション装置の概略ブロック図である。この図１１において、図１と同一構成部分には同一符号を付している。
ナビゲーション装置１６は、ディスプレイ別体型ナビゲーション装置であって、ディスプレイ１１と音声出力部１２とを具備していない点を除き、図１に示すナビゲーション装置２と同じ構成を有している。表示装置１７は、ディスプレイ１１と音声出力部１２を備えており、車室内においてナビゲーション装置１６と分離して設置されている。ナビゲーション装置１６と表示装置１７とは、直接または車内ネットワークを介して有線または無線により接続されている。
【００６９】
本実施例によれば、ナビゲーション装置１６を座席の下部、トランクルームなどに収容でき、車室内における設置位置の自由度を高められる。また、表示装置１７をナビゲーション装置１６に着脱可能に構成し、必要に応じて表示装置１７を車室内で移動させて使用することもできる。
【００７０】
（その他の実施例）
なお、本発明は上記し且つ図面に示す各実施例に限定されるものではなく、例えば以下のように変形または拡張が可能である。
第１の実施例と第２の実施例とを組み合わせ、ナビゲーション装置２の車両１への取り付け後最初に電源が投入された時および指示操作され且つ車両１が静止している時に基準値Ａ、Ｂ、Ｃを取り込み記憶するように構成してもよい。
【００７１】
基準値Ａ、Ｂ、Ｃの補正処理は、車両１の走行中、３軸加速度センサ４の出力値ａ（ａ′）、ｂ、ｃの各平均値を用いて補正する処理であればよい。これは、上述したように比較的長い走行距離で見ると、その平均値は車両水平状態での値に近付くと考えられるからである。従って、必ずしも加重平均を用いた補正処理に限定されず、他のデジタルフィルタ処理を行ってもよい。また、加重平均において、出力ａ′、ｂ、ｃの平均値のデータ数ｎおよび補正係数ｋ（加重割合）は、上述した具体的な数値に限定されず、車両１が走行する道路の平均的な傾きをほぼ零と見なすことができる程度のフィルタ作用が得られる値に設定すればよい。
【００７２】
基準値Ａ、Ｂ、Ｃを設定した後、走行距離が増加するに従って（つまり誤差が減少する従って）補正係数ｋを変化（例えば低減）させてもよい。また、外乱が多い道路を走行する場合などには、基準値Ａ、Ｂ、Ｃの補正処理を一時的に停止してもよい。例えば、演算装置３は、地図データに基づいて山間部を走行中であると判断した場合には、山間部を抜けるまでの期間、一時的に補正処理を停止する構成が考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の第１の実施例を示すナビゲーション装置の概略的ブロック図
【図２】ナビゲーション装置の概略構成を示す分解斜視図
【図３】ナビゲーション装置の車両への取付状態を示す構成図
【図４】車両の前後、左右、鉛直方向の基準軸と車両に傾いてナビゲーション装置が搭載された場合の３軸加速度センサ、ジャイロセンサの検出軸の関係を表した説明図
【図５】３軸加速度センサの検出原理と動作特性を示す説明図
【図６】ナビゲーション装置を搭載した車両の挙動を示した動作説明図
【図７】取付姿勢の基準値を取り込む動作を説明するためのフローチャート
【図８】取付姿勢の基準値を補正する動作を説明するためのフローチャート
【図９】取付姿勢の基準値により方位の誤差及び走行距離の誤差を補正する動作を説明するためのフローチャート
【図１０】本発明の第２の実施例を示す図７相当図
【図１１】本発明の第３の実施例を示す図１相当図
【符号の説明】
【００７４】
図面中、１は車両、２、１６はナビゲーション装置、３はナビゲーション演算装置、３ａは取付姿勢演算部（補正手段）、３ｂは車両位置演算部（車両位置演算手段）、３ｃは自立航法演算部、３ｄは地図画像描画部（地図画像描画手段）、４は３軸加速度センサ、５はジャイロセンサ、６は距離センサ、７はＧＰＳアンテナ、８は外部記憶装置、９は操作部（操作手段）、１０は音声マイク（操作手段）、１１はディスプレイ（表示手段）を示す。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等の車両に搭載されるナビゲーション装置に関し、特に自車両の地図上の位置を自立航法により検出するナビゲーション装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車載用ナビゲーション装置は、自動車等の車両の現在位置に応じた地図データをＤＶＤ−ＲＯＭ、ハードディスク等の外部記憶装置から読出し、その地図データに基づいて地図をディスプレイ画面に表示するとともに、自車両の位置を自車位置マークとしてディスプレイ画面の一定の位置（例えば画面の中央位置もしくは中央下方位置）に固定表示し、自車両の走行に従ってディスプレイ画面上の地図をスクロールするようになっている。
【０００３】
このような車載用ナビゲーション装置においては、自車両の現在位置を検出する検出手段が必要である。このような検出手段としては、距離センサとジャイロセンサまたは地磁気センサ等の方位センサとを用いた自立（推測）航法もしくは衛星からの電波を受信するＧＰＳ（Global Positioning System）受信機を用いるＧＰＳ航法が採用されている。
【０００４】
この場合、ＧＰＳ航法は、衛星からの電波により自車両の絶対位置を算出できるので、正確な車両の位置を検出することができるが、反面、都会のビル空間、高架道路下、屋内駐車場等のＧＰＳ衛星の電波を受信できない状況では、正確な車両の位置を検出できないという問題点がある。このような問題点を解決するため、近年においては、自立航法とＧＰＳ航法とを併用し、ＧＰＳ電波が受信できない場合は自立航法を用いて車両の位置を検出するナビゲーション装置も供されている。
【０００５】
しかしながら、ナビゲーション装置に正確な経路案内を行わせるには、複雑な道路形状をもつ都心のビル街、複雑に立体交差する高速道路のインターチェンジ及びジャンクション、上下で併走する高架道路と地上道路、地下駐車場及び屋内駐車場等のように、ＧＰＳ電波の受信ができない状況が増加している現在では、誤差の少ない自立航法手段の開発が必要になってきている。
【０００６】
自立航法を行うためには、車両の走行距離と方位を検出する必要がある。車両の走行距離は、車両に設けられた距離（速度）センサにより検出でき、方位は、振動ジャイロ、ガスレートジャイロ、光ファイバージャイロ等の角速度を検出するジャイロセンサにより検出することができる。ところが、このような自立航法においては、勾配のある路面を車両が走行した場合、路面の傾きにより２次元地図上での距離に誤差が生じる。また、車両の傾きによりジャイロセンサの角速度検出軸が傾き、検出される方位にも誤差が生じる問題がある。この問題に対して、３軸の加速度センサを用いて道路の勾配による傾きを求め、車両の距離と方位の誤差を補正する技術が開示されている（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−１２５６８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１においては、車両の自立航法の高精度化のために、車両のヨー方向とピッチ方向の角速度を検出する角速度センサと、車両の前後方向軸、左右方向軸、鉛直方向軸のうち少なくとも２軸の加速度を検出する加速度センサとを備え、車両の走行距離と方位を補正するようにしている。この場合、角速度センサと加速度センサが固定される筐体の車両への取付角を検出する必要がある。この取付角の検出は、車両が水平な状態で行う必要があるため、左右車高センサや振り子式の傾斜角計を用いて車両の傾斜を検出している。しかしながら、この構成では多数のセンサが必要となり、構成が複雑化する問題がある。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、ナビゲーション装置筐体に取り付けられた３軸加速度センサを用いて距離センサによる走行距離の検出精度を高めることができるナビゲーション装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の発明によれば、補正手段は、車両に対するナビゲーション装置筐体の傾きを３軸加速度センサの前後方向軸、左右方向軸、鉛直方向軸の出力として検出してその出力値を取付姿勢の基準値として記憶する。車両が水平状態から傾いている状態で取得された基準値を用いると、その後の走行中に当該基準値と３軸加速度センサの出力値とに基づいて求めた車両の傾きに誤差が生じる。
【００１０】
車両が通行する道路には上り勾配、下り勾配、左右の傾き（バンク）などがあるが、例えば目的地までを往復する場合のように比較的長い距離で見ると、道路の平均的な傾きは零つまり車両は水平状態となる。この点に着目し、補正手段は、車両の走行中、３軸加速度センサの出力値の平均値に基づいて基準値を補正する。そして、この補正した基準値と３軸加速度センサの出力値とに基づいて車両の走行時の傾きを求め、距離センサの出力値に基づいて得られる走行距離を上記車両の傾きにより補正する。
【００１１】
これにより、車両の傾きを検出する車高センサまたは傾斜角計を用いなくても、そして最初に記憶した基準値が車両傾斜状態のものであっても、基準値は、車両が走行するに従って水平状態における理想的な値に徐々に補正される。その結果、構成が複雑化することなく走行距離の検出精度を高められ、車両位置演算手段は車両の現在位置を高精度に検出可能となる。
【００１２】
請求項２の発明によれば、ナビゲーション装置筐体の車両への取り付け後最初に電源が投入され且つ車両が静止していることを条件に取付姿勢の基準値を取り込むようにした。これにより、車両にナビゲーション装置を取り付けた工場等において車両を水平位置に停止させて電源を投入すれば、車両の水平状態に対応した正しい基準値を記憶させることができる。
【００１３】
請求項３の発明によれば、車両のドライバー等が車両が水平位置にあることを確認した後に操作手段を用いて指示したことに応じて、補正手段は取付姿勢の基準値を取り込む。これにより、車両がほぼ水平の位置にある状態における基準値を記憶させることができる。この記憶された取付姿勢の基準値は、請求項２の発明で得られる基準値と比較して正確であることが期待できる。
【００１４】
請求項４の発明によれば、車両の走行中、３軸加速度センサの出力値の平均値と現在設定されている基準値とを加重平均することにより基準値を補正する。これにより３軸加速度センサの出力値に対するフィルタ作用が得られ、該フィルタを通過した３軸加速度センサの出力値により基準値が徐々に補正される。３軸加速度センサの出力値の平均データ数および加重平均における加重割合は、車両が走行する道路の平均的な傾きをほぼ零と見なすことができる程度のフィルタ作用が得られる値に設定すればよい。
【００１５】
請求項５の発明によれば、３軸加速度センサの出力値の平均値を求めるに際し、距離センサから得られる走行距離と走行時間とに基づいて車両の加減速に係る加速度を算出し、３軸加速度センサの出力値から車両の加減速に係る加速度を減算しておく。これにより、走行中の加減速に係る加速度（外乱）に起因する影響を排除でき、基準値を車両の水平状態に対応したより正しい値に補正することができる。
【００１６】
請求項６の発明によれば、現在設定されている基準値に対し所定範囲内にある値（３軸加速度センサの出力値または３軸加速度センサの出力値から車両の加減速に係る加速度を減算した値）を対象として平均値を求める。基準値に対し所定範囲内にない場合には、車両が急勾配や大きくバンクした道路、敷石のある道路、路面電車の軌道を横切る道路、大きい段差のある道路などを走行中であって、３軸加速度センサの出力値に大きな誤差要因（外乱）が含まれている。こうした誤差要因を含む値を排除して平均値を求めるので、基準値を車両の水平状態に対応したより正しい値に補正することができる。
【００１７】
請求項７の発明によれば、請求項３の発明である操作手段を用いた指示に応じて行う基準値の補正における加重平均の平均値の加重割合は、請求項２の発明であるナビゲーション装置筐体の車両への取り付け後最初に電源が投入され且つ車両が停止しているときに行う基準値の補正における加重平均の平均値の加重割合よりも小さく設定されている。請求項３の発明の基準値は請求項２の発明の基準値に比べ正確となる傾向があるため、フィルタ作用における時定数を大きく設定して、その正確な基準値の変化率を小さくしている。これにより、請求項３の発明で得られた正確な基準値が、かえって悪化することを防止することができる。
【００１８】
請求項８の発明によれば、３軸加速度センサの出力値に基づいてナビゲーション装置筐体の傾きを検出し、ジャイロセンサの出力値に基づいて得られる方位をナビゲーション装置筐体の傾きにより補正する。これにより、車両位置演算手段は車両の現在位置をより高精度に検出可能となる。
【００１９】
請求項９の発明によれば、位置検出精度が高く、表示手段を一体化したナビゲーション装置が得られる。なお、表示手段は、ナビゲーション装置本体に対し別体としてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
（第１の実施例）
以下、本発明の第１の実施例を図１ないし図９に基づいて説明する。
図１は、本発明の車載用ナビゲーション装置の構成を概略的に示すブロック図である。この図１において、自動車等の車両１（図３参照）に搭載されるナビゲーション装置２は、ナビゲーション演算装置３を備えている。このナビゲーション演算装置３は、マイクロコンピュータ及びその他の電子部品で構成されている。機能別のブロック図で示すと、ナビゲーション装置筐体１３（図２参照）の取付姿勢の傾斜を演算し後述する補正を行う取付姿勢演算部３ａ（補正手段に相当）、車両位置演算部３ｂ（車両位置演算手段に相当）、自立航法演算部３ｃ及び地図画像描画部３ｄ（地図画像描画手段に相当）を含んで構成されている。
【００２１】
３軸加速度センサ４は、ナビゲーション装置筐体１３の傾きを検出し、ジャイロセンサ５（方位センサ）は、車両１の進行方位を検出するようになっている。これらは、ナビゲーション演算装置３に接続されている。なお、３軸加速度センサ４及びジャイロセンサ５は、後述するようにナビゲーション装置筐体１３内に取り付けられている。
【００２２】
距離センサ６は、車両１側に取り付けられており、車両１の走行距離を検出するようになっている。ＧＰＳアンテナ７は、ＧＰＳ航法を行う場合にＧＰＳ電波を受信するようになっている。これらも、ナビゲーション演算装置３に接続されている。
【００２３】
外部記憶装置８は、地図データ等のナビゲーションに必要なデータを記憶するもので、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ハードディスク等によって構成されている。この外部記憶装置８も、ナビゲーション演算装置３に接続されている。操作手段たる操作部９は、ナビゲーション装置２を外部から操作する目的で設けられたもので、キースイッチ、タッチスイッチ、リモコンスイッチ等により構成されている。操作手段たる音声マイク１０は、音声にてナビゲーション装置２を操作する目的で設けられたものである。これらの操作部９及び音声マイク１０も、ナビゲーション演算装置３に接続されている。なお、地図データ等のナビゲーションに必要なデータは、外部記憶装置８（データ記憶手段）から入力する他、インターネットなどを介してサービスセンター（データ記憶手段）からダウンロードしてもよい。
【００２４】
表示手段たるディスプレイ１１は、車両１の現在地周辺の地図に重ねて自車位置マークを表示したり、目的地までの推奨経路、経路案内、目的地検索情報等を表示するためのもので、例えばカラー液晶表示装置により構成されている。音声出力部１２は、利用者に経路案内を音声にて行うものであり、これらもナビゲーション演算装置３に接続されている。
【００２５】
図２は、ナビゲーション装置２の概略構造を示す分解斜視図である。この図２において、ナビゲーション装置２の一部をなすナビゲーション装置筐体１３内には、前記ナビゲーション演算装置３を構成するプリント基板１４が当該筐体の底面と平行となるように配設されている。このプリント基板１４上には、当該基板と同一平面上となるように前述の３軸加速度センサ４及びジャイロセンサ５が取り付けられている。ナビゲーション装置筐体１３の正面側には、上記操作部９とディスプレイ１１が取り付けられたフロントパネル１５が装着されている（ディスプレイ一体型ナビゲーション装置）。
【００２６】
図２に示す４ｘは３軸加速度センサ４の前後方向の検出軸、４ｙは３軸加速度センサ４の左右方向の検出軸、４ｚは３軸加速度センサ４の鉛直方向の検出軸である。また、５ｚはジャイロセンサ５の検出軸であり、角速度は５ωのようにこの検出軸５ｚを中心として検出される。
【００２７】
本実施例では、説明を簡単にするため、ナビゲーション装置２（ナビゲーション装置筐体１３）の車両１への取付軸ｘ、ｙ、ｚ（後述する図３参照）の向きと、３軸加速度センサ４の検出軸４ｘ、４ｙ、４ｚ（ジャイロセンサ５の検出軸５ｚ）の向きとがそれぞれ等しいものとする。ただし、ナビゲーション装置２の取付軸ｘ、ｙ、ｚに対して３軸加速度センサ４とジャイロセンサ５の検出軸にオフセットを持たせてもよい。
【００２８】
図３は、ナビゲーション装置２の車両取付状態を示している。ここで、（ａ）は車両１の上面から取付状態を見た図、（ｂ）は車両１の側面から見た図、（ｃ）は車両１の背面から見た図である。
この図３において、Ｘは車両１の前後方向の基準軸を示し、ｘはナビゲーション装置２の前後方向の取付軸（及び３軸加速度センサ４の検出軸４ｘ）を示す。Ｙは車両１の左右方向の基準軸を示し、ｙはナビゲーション装置２の左右方向の取付軸（及び３軸加速度センサ４の検出軸４ｙ）を示す。同様に、Ｚは車両１の鉛直方向の基準軸を示し、ｚはナビゲーション装置２の鉛直方向の取付軸（及び３軸加速度センサ４の検出軸４ｚ、ジャイロセンサ５の検出軸５ｚ）を示す。
【００２９】
通常、ナビゲーション装置２は、車両１のドライバー席に向けて取り付けられることが多く、取付軸ｘ（検出軸４ｘ）は車両１の前後方向の基準軸Ｘに対してα度、取付軸ｙ（検出軸４ｙ）は車両１の左右方向の基準軸Ｙに対してβ度傾いて取り付けられる。これにより、ナビゲーション装置２の鉛直方向の取付軸ｚ（検出軸４ｚ、検出軸５ｚ）は、車両１の鉛直方向の基準軸Ｚに対して前後方向にγ′度及び左右方向にγ″度傾くことになる。なお、取付軸ｘ、ｙ、ｚは互いに直交しているので、取付軸ｘの傾き角αと取付軸ｚの傾き角γ′は等しく、取付軸ｙの傾き角βと取付軸ｚの傾き角γ″も等しい。
【００３０】
図４には、車両１の前後、左右、鉛直方向の基準軸Ｘ、Ｙ、Ｚに対してナビゲーション装置２が前述のように前後方向でα度、左右方向でβ度、鉛直方向でγ度傾いて取り付けられたときの車両１の基準軸Ｘ、Ｙ、Ｚに対する３軸加速度センサ４の検出軸４ｘ、４ｙ、４ｚとジャイロセンサ５の検出軸５ｚの関係が示されている。
【００３１】
図５おいて、（ａ）は３軸加速度センサ４による傾斜検出の原理を示す図、（ｂ）は３軸加速度センサ４の出力特性を示す図である。この図５（ａ）から明らかなように、３軸加速度センサ４が水平位置にある場合には、３軸加速度センサ４の検出軸４ｘに対して重力加速度ｇは作用せず、検出軸４ｘの出力は「０」となる。一方、検出軸４ｚには重力加速度ｇがそのまま作用するので、検出軸４ｚの出力は「１Ｇ」となる。
【００３２】
ここで、３軸加速度センサ４が基準軸Ｘに対してα度傾くと、重力加速度ｇの印加軸に対して３軸加速度センサ４の検出軸４ｚが傾いて、図５（ａ）に示すように検出軸４ｘに出力が生ずる。この出力を測定することにより、３軸加速度センサ４の傾きを検出できる。なお、３軸加速度センサ４は、正負の加速度を検出するので、センサ出力電圧の中央値に「０Ｇ」がくるように設定されて図５（ｂ）に示すような直線性を持った信号を出力する。検出軸４ｙ、４ｚの出力およびセンサ特性についても同様となる。
【００３３】
図６は、ナビゲーション装置２が傾いて搭載された車両１の状態を示している。（ａ）は車両１が水平にある状態を示し、（ｂ）は車両１が左右の勾配（勾配角θｒ）を持つ道路を走行している状態を示し、（ｃ）は車両１が登り勾配（勾配角θｐ）の道路を走行している状態を示している。３軸加速度センサ４の検出軸４ｘの傾き角をα、出力をａとし、検出軸４ｙの傾き角をβ、出力をｂとし、検出軸４ｚの傾き角をγ、出力をｃとすると、出力ａ、ｂ、ｃの一般式は、それぞれ以下の（１）式、（２）式、（３）式で表すことができる。
【００３４】
検出軸４ｘの出力ａ＝ｇ・ｓｉｎ（α＋θｐ） …（１）
検出軸４ｙの出力ｂ＝ｇ・ｓｉｎ（β＋θｒ）・ｃｏｓ（α＋θｐ） …（２）
検出軸４ｚの出力ｃ＝ｇ・ｃｏｓ（α＋θｐ）・ｃｏｓ（β＋θｒ） …（３）
なお、図６（ａ）に示すように、車両１の加減速による加速度Ｇｈ、車両１の上下方向の振動による加速度Ｇｖが加わっている場合には、出力ａ、ｂ、ｃにはそれぞれ加速度Ｇｈ、Ｇｖの各検出軸４ｘ、４ｙ、４ｚの成分が加わる。
【００３５】
次に、以上のような構成に基づく本実施例の作用について図７ないし図９も参照して説明する。
図７は、ナビゲーション装置２に電源が投入されたときのナビゲーション演算装置３（以下、単に演算装置３と称する）の動作を示すフローチャートである。演算装置３は、電源が投入（ＯＮ）されると動作を開始し、この電源投入が、ナビゲーション装置２の車両１への取り付け後最初の電源投入であるか否かを判断する（判断ステップＳ１）。演算装置３は、最初の電源投入と判断したときには（判断ステップＳ１で「ＹＥＳ」）、距離センサ６の距離データの有無から車両１が静止状態にあるか否かを判断する（判断ステップＳ２）。
【００３６】
演算装置３は、車両１が静止状態にあると判断したときには（判断ステップＳ２で「ＹＥＳ」）、３軸加速度センサ４の検出軸４ｘ、４ｙ、４ｚの出力ａ、ｂ、ｃを取り込み（処理ステップＳ３）、これらを取付姿勢の基準値Ａ、Ｂ、Ｃとして例えば不揮発性メモリ（図示しないＥＥＰＲＯＭやフラッシュメモリ）に記憶させる（処理ステップＳ４）。併せて、ナビゲーション装置２の車両１への取り付け後最初の電源投入により車両１の取付姿勢の基準値Ａ、Ｂ、Ｃが記憶されたことを示す処理データを不揮発性メモリに記憶させる（処理ステップＳ５）。
【００３７】
取付姿勢の基準値Ａ、Ｂ、Ｃは、車両１が水平状態にあるときの車両１へのナビゲーション装置筐体１３の取付角に相当するものであり、車両１の走行中における走行距離の補正に必要となる（図９参照）。このため、基準値Ａ、Ｂ、Ｃは、車両１が水平状態にあるときに取得される必要がある。従って、車両メーカーやディーラーなどの工場で車両１にナビゲーション装置２を取り付けた後、車両１を水平位置に停止させて電源を投入することが好ましい。
【００３８】
しかしながら、実際には、処理ステップＳ３、Ｓ４で基準値Ａ、Ｂ、Ｃが取り込まれ記憶される際に、車両１が常に水平状態とされているとは限らない。例えば、ユーザが自らナビゲーション装置２を取り付ける場合には、取り付けた後に車両１が傾いた状態で電源を投入してしまう場合もあり得る。従って、処理ステップＳ３、Ｓ４の取り込み、記憶時点においては、記憶された基準値Ａ、Ｂ、Ｃが、車両１が水平状態にあるときに取得されたものか否か不明である。
そこで、演算装置３は、後述するように車両１の走行中に基準値Ａ、Ｂ、Ｃを補正する。演算装置３は、この補正に用いる補正係数ｋとして電源投入時の値ｋ１を設定して不揮発性メモリに記憶させ（処理ステップＳ６）、基準値記憶処理を終了する。
【００３９】
なお、処理ステップＳ５で不揮発性メモリに記憶された処理データは、ナビゲーション装置２に次に電源が投入されたときに、演算装置３が既に基準値記憶処理を終了していることを示す。従って、電源の再投入時には、判断ステップＳ１で「ＮＯ」と判断して基準値記憶処理を終了する。また、演算装置３は、車両１が走行中であるときにも、判断ステップＳ２で「ＮＯ」と判断して基準値記憶処理を終了する。
【００４０】
以上の基準値記憶処理の具体的な例を説明する。一般的には、車両１に対するナビゲーション装置２の取付角は、ドライバーの目の位置とナビゲーション装置２の取付位置の関係で決定され、前後方向は大きく、左右方向は小さく設定される。例えば、前後方向の取付角αが２０度、左右方向の取付角βが０度と仮定すると、車両１が水平状態にあるときの取付姿勢の基準値Ａ（ａ）、Ｂ（ｂ）、Ｃ（ｃ）は、前記（１）式、（２）式、（３）式より以下のようになる。
【００４１】
Ａ（ａ）＝ｇ・ｓｉｎ２０＝０．３４２Ｇ
Ｂ（ｂ）＝ｇ・ｓｉｎ０・ｃｏｓ（２０）＝０Ｇ
Ｃ（ｃ）＝ｇ・ｃｏｓ２０・ｃｏｓ（０）＝０．９４Ｇ
【００４２】
図８は、図７の処理ステップＳ４で不揮発性メモリに設定記憶された取付姿勢の基準値Ａ、Ｂ、Ｃを補正するときの演算装置３の動作を示すフローチャートである。車両１が通行する道路には上り勾配、下り勾配、左右の傾きなどがあるが、例えば目的地までを往復する場合のように比較的長い距離で見ると、道路の平均的な傾きは零つまり車両１の平均的な傾きは零（水平状態）となる。この点に着目し、演算装置３は、車両１の走行中、３軸加速度センサ４の出力ａ、ｂ、ｃの平均値を用いて基準値Ａ、Ｂ、Ｃを補正する。なお、車両１の停止中には基準値Ａ、Ｂ、Ｃの補正を行わない。停止中は、走行中と異なり車両１が傾いた状態が継続する場合があり、却って基準値Ａ、Ｂ、Ｃが車両１の傾斜状態に対応した値に補正されてしまう虞があるからである。
【００４３】
図８において、演算装置３は、車両１が走行中であることを条件に（判断ステップＴ１で「ＮＯ」）、３軸加速度センサ４の出力ａ、ｂ、ｃを取り込む（処理ステップＴ２）。車両１の走行時には、前述したように、車両１の加速、減速による加速度Ｇｈが検出軸４ｘの出力ａに、車両１の上下方向の振動による加速度Ｇｖが検出軸４ｚの出力ｃに、道路の左右方向の傾きによる重力加速度ｇの軸成分が検出軸４ｙの出力ｂにそれぞれ加わる。そこで、車両１の走行時に加わる上記各方向の加速度の影響を除去する。
【００４４】
すなわち、演算装置３は、車両１の前後方向に対しては、距離センサ６の出力である走行距離データと走行時間により車両１の加減速に係る加速度Ｇｈを求め、３軸加速度センサ４の検出軸４ｘの出力ａから車両１の加速度Ｇｈを除いた出力ａ′を求める（処理ステップＴ３）。車両１の左右方向は、通常の道路の左右勾配があまり大きくないので、３軸加速度センサ４の出力ｂをそのまま用いる。車両１の鉛直方向は、車両１のサスペンションの効果によりあまり大きな上下振動は発生しないので、３軸加速度センサ４の出力ｃをそのまま用いる（ただし、大きな上下振動については後述する判断ステップＴ４で排除する）。これにより、取付姿勢の基準値Ａ、Ｂ、Ｃに近い値を持つ出力（加速度データ）ａ′、ｂ、ｃを取り込む。
【００４５】
演算装置３は、取り込んだ出力ａ′、ｂ、ｃが、取付姿勢の基準値Ａ、Ｂ、Ｃに対して車両１の加速、減速、サスペンションによる上下振動の吸収特性に基づいて予め設定された取付姿勢の補正制限値±Ａｉ、±Ｂｉ、±Ｃｉの範囲外の場合には（判断ステップＴ４で「ＮＯ」）、その出力にはカーブでの道路のバンク、道路の段差による上下振動等の外乱が含まれる可能性があるため、その出力データを捨てて新しい加速度データを取得する。
【００４６】
これに対し、演算装置３は、出力ａ′、ｂ、ｃが、取付姿勢の基準値Ａ、Ｂ、Ｃに対して補正制限値±Ａｉ、±Ｂｉ、±Ｃｉの範囲内の場合には（判断ステップＴ４「ＹＥＳ」）、以上の手順を繰り返し（判断ステップＴ５で「ＮＯ」）、その後、複数個（ｎ個）の出力データを取得した時点で（判断ステップＴ５で「ＹＥＳ」）、その平均値を求める（処理ステップＴ６）。
【００４７】
そして、演算装置３は、処理ステップＴ６で求めたａ′、ｂ、ｃの各平均値と現在設定されている取付姿勢の基準値Ａ、Ｂ、Ｃとをそれぞれ加重平均することにより基準値Ａ、Ｂ、Ｃを補正する。上述した補正係数ｋ（本実施例ではｋ１）は、この加重平均における平均値の加重割合である。この加重平均は、出力ａ′、ｂ、ｃに対するフィルタとして作用し、補正係数ｋに応じて基準値Ａ、Ｂ、Ｃが徐々に補正される。
【００４８】
演算装置３は、次の（４）式により基準値Ａを補正する。基準値Ｂ、Ｃの補正も同様である。
【数１】
【００４９】
出力ａ′、ｂ、ｃの外乱判定を行う補正制限値Ａｉ、Ｂｉ、Ｃｉは、例えば取付姿勢の基準値Ａ、Ｂ、Ｃの数％程度の値に設定されており、外乱が含まれた出力データが排除される。また、平均化を行うデータ数ｎは、例えば数千〜数万個に設定される。さらに、取付姿勢の基準値Ａ、Ｂ、Ｃを補正する補正係数ｋ（この実施例ではｋ１）は、数％程度に設定されている。
【００５０】
図９は、上述したように補正された取付姿勢の基準値Ａ、Ｂ、Ｃを基に、演算装置３が車両１の現在位置を算出する処理を行うときのフローチャートである。演算装置３は、車両１が走行中であることを条件に自車位置の検出を行う（判断ステップＵ１で「ＹＥＳ」）。演算装置３は、車両１の走行時に規定された単位毎、例えば１０ｍｓｅｃ〜１００ｍｓｅｃ程度の時間間隔または数ｍ〜十数ｍの走行距離毎に３軸加速度センサ４の出力ａ、ｂ、ｃ（ａ、ｂ、ｃはｎ個の平均値に相当する）と、ジャイロセンサ５の角速度出力ω（方位データ）及び距離センサ６に基づく距離データＤ（演算装置３の別ルーチンによる演算結果）を取り込み（処理ステップＵ２）、出力ａから車両１の加減速に係る加速度Ｇｈを除いた出力ａ′を求める（処理ステップＵ３）。
【００５１】
演算装置３は、３軸加速度センサ４の検出軸４ｚの出力ｃの値と取付姿勢の基準値Ｃとの差が車両１の加速、減速、サスペンションによる上下振動の吸収特性により予め設定された走行時の補正制限値±Ｃｊの範囲内ならば車両１に上下振動が生じていないと判断する（判断ステップＵ４で「ＹＥＳ」）。そして、３軸加速度センサ４の検出軸４ｙの出力ｂの値と取付姿勢の取付姿勢の基準値Ｂとの差が予め設定された走行時の補正制限値±Ｂｊの範囲内ならば（判断ステップＵ５で「ＹＥＳ」）、道路の左右勾配による影響が小さいため、出力ｃの値で角速度出力ωを補正し（処理ステップＵ６）、出力ａ′と取付姿勢の基準値Ａとに基づいて距離データＤを補正する（処理ステップＵ７）。
【００５２】
一方、出力ｃの値と取付姿勢の基準値Ｃとの差が補正制限値±Ｃｊの範囲外ならば上下振動があると判断し（判断ステップＵ４で「ＮＯ」）、出力ｂの値と取付姿勢の基準値Ｂとの差が補正制限値±Ｂｊの範囲外ならば左右勾配による影響があると判断する（判断ステップＵ５で「ＮＯ」）。これらの場合には、今回取得した出力ａ′、ｃは使用せずに、直近に得られた上下振動や左右勾配の影響のない正しい出力ａ′、ｃをメモリから読み出す（処理ステップＵ８）。これら正しい出力ａ′、ｃは、少なくとも次に正しい出力ａ′、ｃが得られるまでの間メモリに記憶されている。そして、読み出した出力ｃの値で角速度出力ωを補正し（処理ステップＵ９）、読み出した出力ａ′と取付姿勢の基準値Ａとに基づいて距離データＤを補正する（処理ステップＵ１０）。
【００５３】
車両１の方位角はジャイロセンサ５の角速度出力ωを時間積分することにより求まる。角速度出力ωは検出軸５ｚが傾くと感度（値）が劣化することが知られており、角速度検出軸５ｚが鉛直よりγ度傾いたときの角速度出力ωは、
ω＝ωｖ・ｃｏｓγ …（５）
になる。ここで、ωｖは、検出軸５ｚが鉛直のときのジャイロセンサ５の角速度出力である。
【００５４】
ナビゲーション装置２は車両１に傾いて取り付けられているので、車両１が図６（ａ）に示す水平な道路を走行している場合においても、ジャイロセンサ５の角速度出力ωは（５）式で表される感度の劣化が生じる。例えば、ナビゲーション装置２が車両１に対して取付角２０度傾いて取り付けられている場合、ジャイロセンサ５の角速度出力ωは約６％低下する。すなわち、車両１が９０度曲がったときにもジャイロセンサ５の出力は８４．５度曲がったという角速度を出力し、これが方位誤差となる。そこで、上記処理ステップＵ６、Ｕ９では、（３）式に示した３軸加速度センサ４の検出軸４ｚの出力ｃの大きさに基づいて傾き角γ（またはｃｏｓγ）を算出し、さらに（５）式に基づいて角速度出力ωつまり方位データを補正する。
【００５５】
また、取付姿勢の基準値Ａは、車両１に対するナビゲーション装置２の取付角αに相当し、出力ａ′は、取付角αと車両１が位置している道路の勾配角θｐとの加算角度に相当する。従って、（１）式に基づいて、基準値Ａに対する傾き角αおよび出力ａ′に対する傾き角（α＋θｐ）を求め、これらの傾き角の差分を求めれば車両１の位置する道路の勾配角θｐ（車両１の傾き）が求まる。そして、この勾配角θｐにより、坂道を走行する際の実際の走行距離とナビゲーション装置２のディスプレイ１１に表示される２次元地図上の走行距離との誤差を補正できる。
【００５６】
このように本実施例によれば、車両１に対するナビゲーション装置筐体１３の傾きを３軸加速度センサ４の前後方向の検出軸４ｘ、左右方向の検出軸４ｙ、鉛直方向の検出軸４ｚの出力ａ、ｂ、ｃとして検出し、その出力値を取付姿勢の基準値Ａ、Ｂ、Ｃとして記憶する。車両１の傾きを正確に求めるためには、車両１が水平状態にある場合の基準値Ａ、Ｂ、Ｃが必要となる。本実施例では、車両１にナビゲーション装置２を取り付けた後、車両１を水平位置に停止させて最初に電源を投入することにより、車両１の水平状態に対応した正しい基準値Ａ、Ｂ、Ｃを記憶させることができる。
【００５７】
また、基準値Ａ、Ｂ、Ｃが、車両１が水平状態にあるときに取得されたものでない場合でも、３軸加速度センサ４を用いて基準値Ａ、Ｂ、Ｃを水平状態での正しい値に補正することができる。すなわち、車両１が走行する道路は、平坦な道のみならず坂道や左右に傾斜した道路もあるが、比較的長い走行距離で見ると道路の平均的な傾きつまり車両１の傾きは零となる。本実施例では、車両１の走行中、３軸加速度センサ４の出力ａ、ｂ、ｃの平均値と現在の基準値Ａ、Ｂ、Ｃとを加重平均することにより、フィルタ作用（平均化作用）を得て基準値を徐々に正しい値に補正することができる。
【００５８】
従って、本実施例では車両１の傾きを検出する専用のセンサ例えば車高センサや傾斜角計を備える必要がなく、従来よりも簡単で低コストの構成でありながら、車両１の傾きを正確に求めることができる。その結果、車両１の傾きを用いて距離データＤを補正することができ、自立航法の下で坂道を走行する場合にも、２次元地図に対応した正しい現在位置を算出してディスプレイ１１に表示することができる。また、３軸加速度センサ４の出力ｃを用いて角速度出力ω（方位データ）を補正するので、方位についても精度を高められ、より高精度に現在位置を求めることができる。
【００５９】
さらに、取付姿勢の基準値Ａ、Ｂ、Ｃの補正処理においては、３軸加速度センサ４の出力ａから車両１の加減速に係る加速度Ｇｈを減算している。また、基準値Ａ、Ｂ、Ｃに対し所定範囲内にない３軸加速度センサ４の出力ａ′、ｂ、ｃは、大きな誤差要因（外乱）が含まれているので排除している。これらの処理により外乱による誤差を低減でき、基準値Ａ、Ｂ、Ｃを車両１の水平状態に対応したより正しい値に補正することができる。
なお、ナビゲーション装置２が高さの情報を加味した３次元の地図データを備える場合には、車両１の走行時の道路勾配から車両１の高さ方向の位置を容易に求めることができるので、３次元地図に対しても正確な位置情報を表示できる。
【００６０】
（第２の実施例）
図１０は、本発明の第２の実施例を示す図７相当のフローチャートであり、以下、説明の便宜上、図１をも参照して説明する。
第１の実施例では、ナビゲーション装置２に最初に電源が投入され且つ車両１が静止しているという特定の条件下において自動的にナビゲーション装置２の取付姿勢の基準値（以下、自動取付姿勢基準値と称す）Ａ、Ｂ、Ｃを取り込むように構成した。従って、その取込時点で車両１が水平位置にあるか否かは不明であって、取り込まれた自動取付姿勢基準値Ａ、Ｂ、Ｃは誤差を含んでいる場合がある。
【００６１】
本実施例では、車両１のドライバー等が車両１が水平状態にあることを確認したことを条件として、取付姿勢の基準値を記憶するように構成されている。すなわち、演算装置３は、ドライバー等が車両１が水平状態に有ることを確認してナビゲーション装置２の操作スイッチ、タッチパネル等の操作部９または音声マイク１０に対して取付姿勢の基準値を記憶する操作の開始を指示する（判断ステップＳ７で「ＹＥＳ」）。
【００６２】
演算装置３は、車両１が停止していることを距離センサ６の出力により確認した後（判断ステップＳ２で「ＹＥＳ」）、３軸加速度センサ４の検出軸４ｘ、４ｙ、４ｚの出力ａ、ｂ、ｃを取付姿勢の基準値（以下、操作取付姿勢基準値と称す）Ａ、Ｂ、Ｃとして記憶する（処理ステップＳ３、Ｓ４）。演算装置３は、人為操作によって取付姿勢の基準値が記憶されたことを示す処理データを不揮発性メモリに記憶させる（処理ステップＳ８）。続いて、補正係数ｋとして水平な状態で操作取付姿勢基準値Ａ、Ｂ、Ｃが記憶されたときの値ｋ２を設定して不揮発性メモリに記憶させ（処理ステップＳ９）、基準値記憶処理を終了する。
【００６３】
従って、この第２の実施例では、取付姿勢の基準値を記憶するための特定の操作条件とは、操作部９または音声マイク１０がドライバー等により指示操作され且つ車両１が静止していることである。これにより、第１の実施例では、ナビゲーション装置２に電源が最初に投入されたときの１回のみ自動取付姿勢基準値Ａ、Ｂ、Ｃが設定されるが、本実施例では、人為的な操作により何回でも操作取付姿勢基準値Ａ、Ｂ、Ｃを設定できるようになる。
【００６４】
本実施例における演算装置３のその後の動作は、第１の実施例と同様に図８及び図９のフローチャートにより行われる。ただし、取付姿勢の基準値Ａ、Ｂ、Ｃを補正するフローチャートを示す図８において、演算装置３が実行する処理ステップＴ７では、加重平均の補正係数ｋとしてｋ２が用いられる。この値ｋ２は、図１０の処理ステップＳ４で得られた操作取付姿勢基準値Ａ、Ｂ、Ｃの数％よりさらに１桁以上小さい値に設定されている。
【００６５】
上述したように、第１の実施例では、基準値記憶処理において車両１が水平位置にあるか否かが不明であるために、自動取付姿勢基準値Ａ、Ｂ、Ｃは誤差を含んでいる場合がある。従って、図８のフローチャートによる自動取付姿勢基準値Ａ、Ｂ、Ｃの補正において、加重平均における平均値の加重割合（補正係数ｋ１）を比較的大きく設定して誤差の収束速度を速める必要がある。
【００６６】
これに対し、本実施例では、車両１のドライバー等が車両１が水平状態にあることを確認することを条件に操作取付姿勢基準値Ａ、Ｂ、Ｃを取り込むようにしているので、操作取付姿勢基準値Ａ、Ｂ、Ｃの誤差は小さい。従って、図８のフローチャートによる操作取付姿勢基準値Ａ、Ｂ、Ｃの補正において、加重平均における平均値の加重割合（補正係数ｋ２）を比較的小さく設定しても、距離データＤひいては車両１の現在位置の誤差は小さい。
【００６７】
なお、本実施例では、操作部９または音声マイク１０がドライバー等により指示操作され且つ車両１が静止しているという特定の操作条件の下に操作取付姿勢基準値Ａ、Ｂ、Ｃを取り込むようにしたが、車両１が静止しているという条件を省略してもよい。
【００６８】
（第３の実施例）
図１１は、本発明の車載用ナビゲーション装置の概略ブロック図である。この図１１において、図１と同一構成部分には同一符号を付している。
ナビゲーション装置１６は、ディスプレイ別体型ナビゲーション装置であって、ディスプレイ１１と音声出力部１２とを具備していない点を除き、図１に示すナビゲーション装置２と同じ構成を有している。表示装置１７は、ディスプレイ１１と音声出力部１２を備えており、車室内においてナビゲーション装置１６と分離して設置されている。ナビゲーション装置１６と表示装置１７とは、直接または車内ネットワークを介して有線または無線により接続されている。
【００６９】
本実施例によれば、ナビゲーション装置１６を座席の下部、トランクルームなどに収容でき、車室内における設置位置の自由度を高められる。また、表示装置１７をナビゲーション装置１６に着脱可能に構成し、必要に応じて表示装置１７を車室内で移動させて使用することもできる。
【００７０】
（その他の実施例）
なお、本発明は上記し且つ図面に示す各実施例に限定されるものではなく、例えば以下のように変形または拡張が可能である。
第１の実施例と第２の実施例とを組み合わせ、ナビゲーション装置２の車両１への取り付け後最初に電源が投入された時および指示操作され且つ車両１が静止している時に基準値Ａ、Ｂ、Ｃを取り込み記憶するように構成してもよい。
【００７１】
基準値Ａ、Ｂ、Ｃの補正処理は、車両１の走行中、３軸加速度センサ４の出力値ａ（ａ′）、ｂ、ｃの各平均値を用いて補正する処理であればよい。これは、上述したように比較的長い走行距離で見ると、その平均値は車両水平状態での値に近付くと考えられるからである。従って、必ずしも加重平均を用いた補正処理に限定されず、他のデジタルフィルタ処理を行ってもよい。また、加重平均において、出力ａ′、ｂ、ｃの平均値のデータ数ｎおよび補正係数ｋ（加重割合）は、上述した具体的な数値に限定されず、車両１が走行する道路の平均的な傾きをほぼ零と見なすことができる程度のフィルタ作用が得られる値に設定すればよい。
【００７２】
基準値Ａ、Ｂ、Ｃを設定した後、走行距離が増加するに従って（つまり誤差が減少する従って）補正係数ｋを変化（例えば低減）させてもよい。また、外乱が多い道路を走行する場合などには、基準値Ａ、Ｂ、Ｃの補正処理を一時的に停止してもよい。例えば、演算装置３は、地図データに基づいて山間部を走行中であると判断した場合には、山間部を抜けるまでの期間、一時的に補正処理を停止する構成が考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の第１の実施例を示すナビゲーション装置の概略的ブロック図
【図２】ナビゲーション装置の概略構成を示す分解斜視図
【図３】ナビゲーション装置の車両への取付状態を示す構成図
【図４】車両の前後、左右、鉛直方向の基準軸と車両に傾いてナビゲーション装置が搭載された場合の３軸加速度センサ、ジャイロセンサの検出軸の関係を表した説明図
【図５】３軸加速度センサの検出原理と動作特性を示す説明図
【図６】ナビゲーション装置を搭載した車両の挙動を示した動作説明図
【図７】取付姿勢の基準値を取り込む動作を説明するためのフローチャート
【図８】取付姿勢の基準値を補正する動作を説明するためのフローチャート
【図９】取付姿勢の基準値により方位の誤差及び走行距離の誤差を補正する動作を説明するためのフローチャート
【図１０】本発明の第２の実施例を示す図７相当図
【図１１】本発明の第３の実施例を示す図１相当図
【符号の説明】
【００７４】
図面中、１は車両、２、１６はナビゲーション装置、３はナビゲーション演算装置、３ａは取付姿勢演算部（補正手段）、３ｂは車両位置演算部（車両位置演算手段）、３ｃは自立航法演算部、３ｄは地図画像描画部（地図画像描画手段）、４は３軸加速度センサ、５はジャイロセンサ、６は距離センサ、７はＧＰＳアンテナ、８は外部記憶装置、９は操作部（操作手段）、１０は音声マイク（操作手段）、１１はディスプレイ（表示手段）を示す。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に備える距離センサの出力値とナビゲーション装置筐体に備える３軸加速度センサ及びジャイロセンサの出力値とに基づいて前記車両の現在位置を算出する車両位置演算手段を備えたナビゲーション装置において、
前記車両に取り付けられたナビゲーション装置筐体の傾きを前記３軸加速度センサの前後、左右、鉛直方向の３軸の出力として検出してその出力値を取付姿勢の基準値として記憶し、その後の前記車両の走行中、前記３軸加速度センサの出力値の平均値に基づいて前記基準値を補正し、この補正した基準値と前記３軸加速度センサの出力値とに基づいて前記車両の走行時の傾きを求め、前記距離センサの出力値に基づいて得られる走行距離を前記車両の傾きにより補正する補正手段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】
前記補正手段は、前記ナビゲーション装置筐体の前記車両への取り付け後最初に電源が投入され且つ前記車両が停止しているときに、前記３軸加速度センサの３軸の出力値を前記基準値として記憶することを特徴とする請求項１記載のナビゲーション装置。
【請求項３】
操作手段を備え、
前記補正手段は、前記車両が水平位置にあると判断したドライバー等によって操作される前記操作手段を用いた指示により、前記３軸加速度センサの３軸の出力値を前記基準値として記憶することを特徴とする請求項１記載のナビゲーション装置。
【請求項４】
前記補正手段は、前記車両の走行中、前記３軸加速度センサの出力値の平均値と現在設定されている前記基準値とを加重平均することにより前記基準値を補正することを特徴とする請求項１ないし３の何れかに記載のナビゲーション装置。
【請求項５】
前記補正手段は、前記距離センサに基づいて得られる走行距離と走行時間とに基づいて前記車両の加減速に係る加速度を算出し、前記３軸加速度センサの出力値から前記車両の加減速に係る加速度を減算した値について前記平均値を求め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】
前記補正手段は、現在設定されている基準値に対し所定範囲内にある値を対象として前記平均値を求めることを特徴とする請求項４または５記載のナビゲーション装置。
【請求項７】
前記操作手段を用いた指示に応じて行う前記基準値の補正における前記加重平均の前記平均値の加重割合は、前記ナビゲーション装置筐体の前記車両への取り付け後最初に電源が投入され且つ前記車両が停止しているときに行う前記基準値の補正における前記加重平均の前記平均値の加重割合よりも小さく設定されてい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８】
前記補正手段は、前記３軸加速度センサの出力値に基づいて前記ナビゲーション装置筐体の傾きを検出し、前記ジャイロセンサの出力値に基づいて得られる方位を前記ナビゲーション装置筐体の傾きにより補正することを特徴とする請求項１ないし７の何れかに記載のナビゲーション装置。
【請求項９】
地図を表示可能な表示手段と、
前記車両位置演算手段により算出された前記車両の現在位置の周辺の地図画像を自車位置マークとともに描画して前記表示手段に画像表示させる地図画像描画手段とを備えたことを特徴とする請求項１ないし８の何れかに記載のナビゲーション装置。
【請求項１】
車両に備える距離センサの出力値とナビゲーション装置筐体に備える３軸加速度センサ及びジャイロセンサの出力値とに基づいて前記車両の現在位置を算出する車両位置演算手段を備えたナビゲーション装置において、
前記車両に取り付けられたナビゲーション装置筐体の傾きを前記３軸加速度センサの前後、左右、鉛直方向の３軸の出力として検出してその出力値を取付姿勢の基準値として記憶し、その後の前記車両の走行中、前記３軸加速度センサの出力値の平均値に基づいて前記基準値を補正し、この補正した基準値と前記３軸加速度センサの出力値とに基づいて前記車両の走行時の傾きを求め、前記距離センサの出力値に基づいて得られる走行距離を前記車両の傾きにより補正する補正手段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】
前記補正手段は、前記ナビゲーション装置筐体の前記車両への取り付け後最初に電源が投入され且つ前記車両が停止しているときに、前記３軸加速度センサの３軸の出力値を前記基準値として記憶することを特徴とする請求項１記載のナビゲーション装置。
【請求項３】
操作手段を備え、
前記補正手段は、前記車両が水平位置にあると判断したドライバー等によって操作される前記操作手段を用いた指示により、前記３軸加速度センサの３軸の出力値を前記基準値として記憶することを特徴とする請求項１記載のナビゲーション装置。
【請求項４】
前記補正手段は、前記車両の走行中、前記３軸加速度センサの出力値の平均値と現在設定されている前記基準値とを加重平均することにより前記基準値を補正することを特徴とする請求項１ないし３の何れかに記載のナビゲーション装置。
【請求項５】
前記補正手段は、前記距離センサに基づいて得られる走行距離と走行時間とに基づいて前記車両の加減速に係る加速度を算出し、前記３軸加速度センサの出力値から前記車両の加減速に係る加速度を減算した値について前記平均値を求め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】
前記補正手段は、現在設定されている基準値に対し所定範囲内にある値を対象として前記平均値を求めることを特徴とする請求項４または５記載のナビゲーション装置。
【請求項７】
前記操作手段を用いた指示に応じて行う前記基準値の補正における前記加重平均の前記平均値の加重割合は、前記ナビゲーション装置筐体の前記車両への取り付け後最初に電源が投入され且つ前記車両が停止しているときに行う前記基準値の補正における前記加重平均の前記平均値の加重割合よりも小さく設定されてい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８】
前記補正手段は、前記３軸加速度センサの出力値に基づいて前記ナビゲーション装置筐体の傾きを検出し、前記ジャイロセンサの出力値に基づいて得られる方位を前記ナビゲーション装置筐体の傾きにより補正することを特徴とする請求項１ないし７の何れかに記載のナビゲーション装置。
【請求項９】
地図を表示可能な表示手段と、
前記車両位置演算手段により算出された前記車両の現在位置の周辺の地図画像を自車位置マークとともに描画して前記表示手段に画像表示させる地図画像描画手段とを備えたことを特徴とする請求項１ないし８の何れかに記載のナビゲーション装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
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【図１０】
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【公開番号】特開２００６−３２９９７２（Ｐ２００６−３２９９７２Ａ）
【公開日】平成１８年１２月７日（２００６．１２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−６１２８９（Ｐ２００６−６１２８９）
【出願日】平成１８年３月７日（２００６．３．７）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１２月７日（２００６．１２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月７日（２００６．３．７）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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