角速度算出装置、ナビゲーション装置、角速度算出方法
【課題】ロール方向の角速度を計測しない状況で、ロール方向の傾斜によるヨー方向の角速度計測値の誤差を補正することが可能な角速度算出装置を提供する。
【解決手段】車両２のヨー方向の角速度を計測した後に、車両２の旋回走行により発生する遠心力ｆ１を算出し、その遠心力によるロール方向のモーメントを外力とする運動方程式からロール角θを算出する。そして角速度の計測値をｃｏｓθで除算することで角速度を補正する。
【解決手段】車両２のヨー方向の角速度を計測した後に、車両２の旋回走行により発生する遠心力ｆ１を算出し、その遠心力によるロール方向のモーメントを外力とする運動方程式からロール角θを算出する。そして角速度の計測値をｃｏｓθで除算することで角速度を補正する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、角速度算出装置、ナビゲーション装置、角速度算出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のとおり、自動車に搭載するナビゲーション装置等においては、角速度を検出することが重要である。具体的にナビゲーション装置等では、ＧＰＳ衛星からの情報が取得できない状況において、例えばジャイロセンサによって車両の角速度を検出し、それを積分することによって車両の方向を求めるといった情報処理を実行する。
【０００３】
車両の姿勢、方向を高精度に算出するためには当然、角速度データを高精度で取得する必要がある。例えば下記特許文献１では、ジャイロセンサからの角速度信号の平均値をとる等して、角速度信号の微妙な変動の影響を抑制する技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１２１９５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ナビゲーション装置等で検出される角速度において誤差の可能性となる要因は、ジャイロの静特性や動特性の影響もさることながら、車両の動特性の影響も大きい。発明者が行った実験によれば、例えば車両がらせん状に回転しながら走行した場合、車両のロール運動によってジャイロの計測軸が傾くことによって１０度のロール角で理想特性から−１．２％の誤差が生じる。特にミニバンのように車高が高い車種の場合には、旋回時のロール角が大きいために誤差が大きくなる。
【０００６】
図８には車両が旋回走行したときのヨー方向の角速度と角度の時間波形の例が示されている。図８の例は角速度が台形状の波形となる場合で、点線Ｌ１がジャイロセンサによる角速度の計測値、点線Ｌ２がその時間積分である角度値であり、実線Ｌ３が角速度の真値、実線Ｌ４がＬ３の時間積分である角度真値である。
【０００７】
図示のとおり、ジャイロの計測値Ｌ１では、旋回の開始時と終了時にオーバーシュート状の誤差が生じている。したがってその積分Ｌ２において誤差が累積されて、旋回終了後はオフセット状の誤差となってる。このオーバーシュートの原因は、上記のとおりロール運動における車両の左右方向への傾きであると考えられる。
【０００８】
例えば３軸ＩＭＵのようにベクトル計算が可能ならば上記問題は明らかに解決するが、高コスト化が問題となる。したがってヨー方向の角速度のみが検出可能な条件下で、ロール運動によるジャイロ出力の誤差に対処することが望まれるが、従来技術では、そうした方法は提案されていない。
【０００９】
そこで本発明が解決しようとする課題は、上記問題点に鑑み、ロール方向の角速度を計測しない状況で、ロール方向の傾斜によるヨー方向の角速度計測値の誤差を補正することが可能な角速度算出装置、ナビゲーション装置、角速度算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及び発明の効果】
【００１０】
上記課題を達成するために、本発明に係る角速度算出装置は、移動体のヨー方向の角速度を計測する角速度計測手段と、前記移動体の速度を計測する速度計測手段と、前記角速度計測手段によって計測されたヨー方向の角速度と、前記速度計測手段によって計測された速度と、を用いて前記移動体の旋回運動における遠心力を求めることにより前記移動体のロール方向の傾斜角度を算出する算出手段と、その算出手段によって算出された前記移動体のロール方向の傾斜角度を用いて前記角速度計測手段により計測されたヨー方向の角速度を補正する補正手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
これにより本発明に係る角速度算出装置では、移動体のヨー方向の角速度と併進運動の速度とを計測して、これらから移動体の旋回運動における遠心力を求めることでロール方向の傾斜角度を算出して、それによりヨー方向の角速度を補正するので、移動体のロール方向の傾斜角度を直接計測する手段を備えることなく、移動体が旋回運動した場合にロール方向に傾くことにより生じるヨー方向の角速度検出値の誤差が補正できる。したがってジャイロ装置等の装備のコストを抑えながら、旋回時にも高精度に角速度を算出する角速度算出装置が実現できる。
【００１２】
また前記算出手段は、前記移動体の旋回移動における遠心力により発生するモーメントを外力モーメントとしたロール方向の運動方程式により前記移動体のロール方向の傾斜角度を算出するとしてもよい。
【００１３】
これにより移動体のロール方向の傾斜角度をロール方向の運動方程式から計算し、運動方程式における外力モーメントを移動体にかかる遠心力によるモーメントとするので、ロール方向の傾斜角度を実際に計測しなくとも、高精度に移動体のロール方向の傾斜角度が算出できる。
【００１４】
また前記運動方程式は、前記移動体のばね定数を含む項を有し、前記算出手段は、前記移動体のばね定数が大きい程ロール方向の傾斜角度を小さい値として算出するとしてもよい。
【００１５】
これにより移動体の運動方程式に弾性に関する項があり、ばね定数が大きい程傾斜角度を小さく算出するので、移動体の弾性に関する性質も含めた運動方程式を用いて、高精度に移動体のロール方向の傾斜角度が算出できる。
【００１６】
また前記補正手段は、前記移動体のロール方向の傾斜角度と前記移動体が移動する路面の傾斜角度との和を推定して、前記角速度計測手段により計測されたヨー方向の角速度を補正する第１副補正手段を備えたとしてもよい。
【００１７】
これにより移動体のロール方向の傾斜角度のみでなく、それと路面の傾斜角度との和を推定して、それにより角速度計測値を補正するので、路面の傾斜も考慮した高精度の角速度補正が実行できる。
【００１８】
また前記補正手段は、前記角速度計測手段を前記移動体へ取り付ける際の取り付け傾斜角度を用いて前記角速度計測手段により計測されたヨー方向の角速度を補正する第２副補正手段を備えたとしてもよい。
【００１９】
これにより移動体のロール方向の傾斜角度のみでなく、角速度計測手段の取り付け傾斜角度も用いて角速度計測値を補正するので、取り付け傾斜角度も考慮した高精度の角速度補正が実行できる。
【００２０】
また本発明に係るナビゲーション装置は、上記いずれかに記載された角速度算出装置を備え、前記補正手段により補正されたヨー方向の角速度を積分して前記移動体の移動方向を求め、前記速度計測手段で計測された前記移動体の速度を積分して移動距離を求めて、自律航法により前記移動体の位置を算出する位置算出手段を備えたとしてもよい。
【００２１】
これにより本発明に係るナビゲーション装置では、上記のとおり移動体のロール方向の傾斜角度を直接計測せずに、ヨー方向の角速度、車速、さらには路面の傾斜角度、計測手段の取り付け角度を考慮して、遠心力を外力とし、弾性係数を含む運動方程式によって高精度に角速度を補正したうえで、角速度、速度を積分して移動体の位置を算出するので、簡易なセンサ装備のもとで移動体の位置が高精度に算出できる。
【００２２】
また本発明に係る角速度算出方法は、移動体のヨー方向の角速度を計測する角速度計測手順と、前記移動体の速度を計測する速度計測手順と、前記角速度計測手順によって計測されたヨー方向の角速度と、前記速度計測手順によって計測された速度と、を用いて前記移動体の旋回運動における遠心力を求めることにより前記移動体のロール方向の傾斜角度を算出する算出手順と、その算出手順によって算出されたロール方向の傾斜角度を用いて前記角速度計測手順により計測されたヨー方向の角速度を補正する補正手順と、を実行することを特徴とする。
【００２３】
これにより本発明に係る角速度算出方法では、移動体のヨー方向の角速度と併進運動の速度とを計測して、これらから移動体の旋回運動における遠心力を求めることでロール方向の傾斜角度を算出して、それによりヨー方向の角速度を補正するので、移動体のロール方向の傾斜角度を直接計測する手段を備えることなく、移動体が旋回運動した場合にロール方向に傾くことにより生じるヨー方向の角速度検出値の誤差が補正できる。したがってジャイロ装置等の装備のコストを抑えながら、旋回時にも高精度に角速度を算出する角速度算出方法が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明におけるナビゲーション装置の実施例における構成図。
【図２】実施例１における角速度補正処理のフローチャート。
【図３】実施例２における角速度補正処理のフローチャート。
【図４】実施例３における角速度補正処理のフローチャート。
【図５】実施例１における車両のロール運動を示す図。
【図６】実施例２における車両のロール運動を示す図。
【図７】実施例３におけるジャイロセンサの取り付け傾斜角を示す図。
【図８】角速度計測値とその積分値の時間波形の例を示す図。
【図９】角速度の補正前と補正後の数値例を示す図。
【図１０】角速度の累積誤差の例を示す図。
【図１１】角速度補正の効果の例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。まず図１は、ナビゲーション装置１の実施例における装置構成の概略図である。ナビゲーション装置１は自動車車両２（車両、移動体）に搭載されているとし、電子制御装置１０（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）と各種機器とを備える。ＥＣＵ１０が本発明に係る角速度算出装置を構成する。なお本発明の角速度算出装置、さらにはナビゲーション装置の実施形態は、自動車のナビゲーション装置に何ら限定されることなく、他の移動体にも適宜搭載可能である。
【００２６】
ＥＣＵ１０は、コンピュータの構造を有するとし、各種演算など情報処理のためのＣＰＵ１１、ＣＰＵ１１の作業領域のための一時記憶の場としてのＲＡＭ１２、各種プログラムなどを記憶しておくためのＲＯＭ１３、書き換え可能な不揮発性の記憶部であるメモリ１４、各種機器との接続のためのインターフェース部１５（Ｉ／Ｆ）を備えて、これらがバスで接続されて情報の受け渡しが可能となっている。なお本実施例におけるＥＣＵ１０は、カーナビゲーションのためのナビＥＣＵとすればよい。
【００２７】
Ｉ／Ｆ１５に接続された各種機器としては、ＧＰＳ受信部２１、ジャイロセンサ２２、車速センサ２３、地図情報データベース２４（地図情報ＤＢ）、加速度センサ２５を備える。
【００２８】
ＧＰＳ受信部２１は、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）衛星からのＧＰＳ信号を受信する。ジャイロセンサ２２は、車両のヨー方向の角速度を検出する機能を有するセンサである。ジャイロセンサ２２が検出した角速度を積分することにより車両の方向変化が算出される。
【００２９】
車速センサ２３は、車両の速度を検出するセンサである。車速センサ２３は、例えばロータリーエンコーダ等の周知の構成によって、車輪の所定回転角度ごとにパルス信号を発生させ、それを基にして車両の速度を算出する。そしてＥＣＵ１０において車速センサ２３で得た車速を積算して車両の走行距離を算出することができるとする。
【００３０】
地図情報ＤＢ２４は、カーナビゲーションで利用される様々な地図情報のデータベースである。加速度センサ２５は、車両２にかかる加速度を検出するセンサである。加速度センサ２５は車両２の左右方向の加速度を検出する１軸の加速度センサであるとすればよい。
【００３１】
上述のとおりＥＣＵ１０はナビＥＣＵの機能を有するものであり、ＧＰＳ受信部２１、ジャイロセンサ２２、車速センサ２３、地図情報ＤＢ２４を用いて、以下のとおりカーナビゲーション（以下ではナビと略記）の処理を実行する。
【００３２】
ＥＣＵ１０によるナビにおける位置算出方法は、主にＧＰＳ航法、自律航法、マップマッチング法からなる。このうちＧＰＳ航法は、ＧＰＳ受信部２１によってＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を受信することによって、地球上での車両の位置（緯度、経度）を算出するものである。
【００３３】
自律航法では、上記構成の場合、ジャイロセンサ２２等によって車両の方向を求め、車速センサ２３で検出した車速を積分して走行距離を求めることによって車両の位置を算出する。本発明では後述するようにジャイロセンサ２２によって計測された角速度を補正した後にこれを用いて車両方向を算出する。ＣＰＵ１１では、上記ＧＰＳ航法と自律航法とを組み合わせたハイブリッド航法によって車両位置を算出する。
【００３４】
ハイブリッド航法では例えば、最初の位置決定を含めた、時々の数値補正のときにＧＰＳ航法を用い、それ以外のときは自律航法によって車両の進行方向及び走行距離を時々刻々算出し、それを積算していくことにより、逐次車両位置を算出していく。ハイブリッド航法を使用することによって、ＧＰＳ航法ではトンネル内や建築物の陰でＧＰＳ衛星からの電波が受信しにくい状況では車両位置の算出が困難である問題点と、自律航法では走行距離を積算していくうちに誤差が累積していき車両位置の精度が低減する問題点とを互いに補うことができるので、高精度に車両位置が算出できる。
【００３５】
そして、ハイブリッド航法によって得られた車両位置をマップマッチング法によって修正すればよい。マップマッチング法では、ハイブリッド航法によって得られた車両位置が地図情報ＤＢ２４が有する地図と照らし合わせて不適切な位置であるとみなされた場合には、地図情報ＤＢ２４が有する地図に整合させて、より適切な車両位置に修正する。
【００３６】
ナビゲーション装置１は、上記構成のもとで自動車車両２の時々刻々の位置、姿勢算出を実行するが、ＥＣＵ１０では、そのために必要とされる処理として、ヨー方向の角速度算出処理を実行する。図２、図３、図４にはそれぞれ実施例１、２、３におけるヨー方向の角速度算出処理のフローチャートが示されている。これらのフローチャートはプログラム化されてＲＯＭ１３やメモリ１４に記憶しておき、ＣＰＵ１１がこれを実行することで自動的に順次処理されるとすればよい。図２、３、４の処理は、運転者が車両を運転している間、常に実行し続けるとすればよい。なお実施例１では加速度センサ２５は装備しないとしてもよい。
【００３７】
まず実施例１を説明する。図２に示されているようにまずジャイロセンサ２２によってヨー方向の角速度を計測し（Ｓ１０）、車速センサ２３によって車速を検出する（Ｓ２０）。そして車両２のロール方向の傾斜角度（ロール角）を算出する（Ｓ３０）。そしてＳ１０で検出した角速度の計測値をＳ３０で求めた車両２のロール角を用いて補正する（Ｓ４０）。
【００３８】
Ｓ３０での算出方法は以下のとおりである。図５には、車両２が旋回運動をしたことによりロール運動した場合の様子が例示されている。同図のとおり車両２のロール角をθとする。また旋回運動によって発生した遠心力をｆ１とする。
【００３９】
さらにロール方向の回転運動における車両２の慣性モーメントをＩとし、同じ運動における車両２のばね定数をＫとする。ばね定数Ｋには、車両２のサスペンションの弾性、タイヤの弾性を含む車両２の全ての弾性が反映されているとすればよい。また上記遠心力ｆ１によるロール方向のモーメント（トルク）をＭとする。このとき車両２のロール方向の回転運動における運動方程式は次の式（Ｅ１）で与えられる。ここでｄ２θ／ｄｔ２はθの時間ｔに関する２階微分を示す。
Ｉ・ｄ２θ／ｄｔ２＋Ｋ・θ＝Ｍ （Ｅ１）
【００４０】
力学分野で周知のとおり遠心力ｆ１は次の式（Ｅ２）で与えられる。ここでｍは車両２の質量、ｒは車両２のヨー方向の旋回運動における回転半径、ωはその旋回運動におけるヨー方向の角速度である。ωはジャイロセンサ２２による計測値とする。
ｆ１＝ｍ・ｒ・ω２ （Ｅ２）
【００４１】
遠心力ｆ１とモーメントＭの関係は次の式（Ｅ３）となる。ここでｂはロール方向の運動における車両２の重心の回転半径とする。したがってｂは例えば車両２の重心からロール方向の回転における回転中心軸（例えば旋回における外側車輪が路面と接する場所を通る軸）までの距離とすればよい。なお（Ｅ３）の右辺にさらに、車両２の重心から回転中心軸への方向と車両の左右方向との間の角度の正弦値を乗算してさらに高精度としてもよい。
Ｍ＝ｆ１・ｂ （Ｅ３）
【００４２】
車両２の車速をＶとすると、力学で周知のとおり式（Ｅ４）が成立する。式（Ｅ２）と（Ｅ４）より式（Ｅ５）が得られる。さらに式（Ｅ４）と（Ｅ５）より式（Ｅ６）が得られる。
Ｖ＝ｒ・ω （Ｅ４）
ｆ１＝ｍ・Ｖ・ω （Ｅ５）
Ｍ＝ｍ・ｂ・Ｖ・ω （Ｅ６）
【００４３】
式（Ｅ１）において近似的に定常状態を考えるとしてθの時間微分に関する項をゼロとすると次の式（Ｅ７）が得られる。
θ＝Ｍ／Ｋ （Ｅ７）
【００４４】
式（Ｅ６）を式（Ｅ７）に代入すると結局次の式（Ｅ８）が得られる。図２のＳ３０ではこの（Ｅ８）によりロール角を算出する。
θ＝ｍ・ｂ・Ｖ・ω／Ｋ （Ｅ８）
【００４５】
この式（Ｅ８）でロール角θが求められたので、車両２あるいはジャイロセンサ２２がロール角θだけ傾斜していることによる誤差を抑制するようにジャイロセンサ２２の計測値を補正する。具体的にはジャイロセンサ２２による計測値であるωを、次の式（Ｅ９）でω１へ補正する。図２のＳ４０では、この式（Ｅ９）により角速度ωをω１へ補正すればよい。
ω１＝ω／ｃｏｓθ （Ｅ９）
【００４６】
以上のとおり実施例１では角速度ωや車速Ｖなどから式（Ｅ５）で遠心力ｆ１を求めて式（Ｅ８）でロール方向の傾斜角度θを算出する。したがってθを直接計測する必要がない。なおｍやｂは予め計測した数値をＥＣＵ１０に記憶しておけばよい。
【００４７】
実施例１のナビゲーション装置１では、この後、式（Ｅ９）で補正された角速度ω１を積算（積分）することによって車両２の角度（方向、姿勢）を算出する。ＥＣＵ１０では、車両２の方向情報と、車速センサ２２で検出された車速を積分した移動距離情報と組み合わせて車両の現在位置を時々刻々算出することによって自律航法を実行する。上述のようにこれをＧＰＳ航法やマップマッチング法と組み合わせて、より高精度に車両位置を算出すればよい。
【００４８】
次に実施例２を説明する。実施例２では車両のロール角のみでなく、路面の傾斜角も考慮する。以下で実施例１と異なる部分を説明する。図６（ａ）には路面が傾斜している場合の車両２の様子が例示されている。同図のとおり水平面を基準としたときの路面の傾斜角をφとし、路面を基準にしたときの車両２のロール角をθとする。また車両２の左右方向にかかる力をｆ２とする。
【００４９】
実施例２のフローチャートは図３に示されている。図３の処理手順では、実施例１と同じＳ１０、Ｓ２０を処理した後に、車両２の加速度を検出する（Ｓ５０）。これは加速度センサ２５によって検出すればよい。この手順での加速度とは車両の左右方向の加速度とすればよい。したがってこの加速度の方向は水平面からはφ＋θだけ傾斜している。
【００５０】
次にＳ６０で車両２のロール角θと路面の傾斜角φとの和を推定する。その推定方法は図６（ｂ）に図示されている。同図では、車両２の左右方向の加速度をａ２としている。このａ２と車両の質量ｍとの積が上述のｆ２となる。また同図のａ１は車両２の路面上での旋回運動により発生する遠心力による加速度成分を示している。またＶは車両２にかかる重力加速度Ｇのａ１、ａ２と平行な方向の成分である。
【００５１】
図６（ｂ）のとおり、加速度ａ２はａ１とＶとの和である。したがって次の式（Ｅ１０）が成立する。
Ｖ＝ａ２−ａ１ （Ｅ１０）
【００５２】
また図６（ｂ）からあきらかに、路面の傾斜角φと、Ｖ、重力加速度Ｇとの間に次の式（Ｅ１１）が成立する。
Ｖ／Ｇ＝ｓｉｎ（θ＋φ） （Ｅ１１）
【００５３】
車両２にかかる遠心力は上記式（Ｅ５）で与えられるｆ１である。車両２にかかる遠心力は車両２の左右方向の力なので、図６のａ１はｆ１よりもさらにθだけ傾いている。よって次の式（Ｅ１２）が成立する。ここではθは小さいとしてｃｏｓθを１に近似し、さらに式（Ｅ５）を用いると式（Ｅ１３）が得られる。
ｆ１・ｃｏｓθ＝ｍ・ａ１ （Ｅ１２）
ａ１＝Ｖ・ω （Ｅ１３）
【００５４】
以上をまとめると、次の式（Ｅ１４）が得られる。式（Ｅ１４）でａ２、Ｖ、ωはそれぞれ加速度センサ２５、車速センサ２３、ジャイロセンサ２２の計測値である。図３のＳ６０ではこの式（Ｅ１４）でθ＋φを算出すればよい。
θ＋φ＝ｓｉｎ−１（（ａ２−Ｖ・ω）／Ｇ） （Ｅ１４）
【００５５】
この式（Ｅ１４）によりθ＋φが得られた。よってＳ７０では次の式（Ｅ１５）によりＳ１０でジャイロセンサ２２によって計測値したωをω２へ補正する。
ω２＝ω／ｃｏｓ（φ＋θ） （Ｅ１５）
【００５６】
以上のとおり実施例２では式（Ｅ１５）で角速度の計測値ωを補正するので、ロール角θのみでなく路面の傾斜角φも用いた高精度な補正が実現できる。
【００５７】
次に実施例３を説明する。実施例３では、ジャイロセンサ２２の車両２へ取り付ける際に傾いて取り付けられる場合があるが、これを考慮してヨー方向の角速度を補正する。以下で実施例２と異なる部分を説明する。
【００５８】
図７には、ジャイロセンサ２２が車両２へ取り付けられた様子の例が示されている。図７の例では、ジャイロセンサ２２を含めたナビゲーション装置１がダッシュボードに装備されて、ジャイロセンサ２２の取り付け傾斜角はψとなっている。図７では傾斜角ψはピッチ方向の傾斜角となっている。
【００５９】
実施例３の処理手順は図４のフローチャートに示されている。同図のとおり、実施例３では、実施例２と同じＳ１０からＳ７０を処理した後に、取り付け傾斜角ψによりヨー方向の角速度を補正する（Ｓ８０）。
【００６０】
具体的に手順Ｓ８０では、取り付け傾斜角がピッチ方向に角度ψであることから、次の式（Ｅ１６）によってＳ７０までで得られた上述のω２をω３へ補正する。取り付け傾斜角ψの情報はあらかじめ例えばメモリ１４などに記憶しておけばよい。
ω３＝ω２／ｃｏｓ（ψ） （Ｅ１６）
【００６１】
以上のとおり実施例３ではジャイロセンサ２２が傾斜して取り付けられている場合にも高精度に角速度計測値の補正ができる。なお上記では取り付け傾斜角度ψをピッチ方向としたが、ψがそれとは異なる方向であった場合は上記補正を修正すればよい。修正は自明である。例えばψがφやθと同じロール方向であった場合には式（Ｅ１６）は用いず、式（Ｅ１５）でφ＋θをψ＋φ＋θに変更する。
【００６２】
またＳ８０の処理を図１のＳ４０の後（あるいは前）に追加してもよい。この場合実施例１の補正に取り付け傾斜角の補正が追加されて、より高精度な補正となる。
【００６３】
以上述べた実施例における効果の例が図９から図１１に示されている。図９では、横軸がヨー方向の角速度の計測値、縦軸がその補正値を示している。本発明による補正によって、角速度が大きいほど、さらに車速が大きいほど、補正量の効果が大きくなる。
【００６４】
これによって車両が高速で旋回した場合のロール運動によるヨー方向角速度の計測誤差が補正されることが期待されるが、実際図１０、１１に示されているように実際に効果があらわれる。図１１が、図８と同様の旋回走行をした場合に本発明の角速度補正を行った場合、図１０が本発明の補正を行わなかった場合である。
【００６５】
図１０、１１では角度誤差が実線Ｌ５で示されている。つまりＬ５はＬ２とＬ４との差分である。図１０では旋回走行中にロール角速度計測値の誤差が累積して旋回終了後にはオフセット状の角度誤差が生じているが、図１１では本発明の効果によりこうした誤差が生じていない。
【００６６】
上記実施例においてＳ１０の手順とＥＣＵ１０とが角速度計測手段を構成する。Ｓ２０の手順とＥＣＵ１０とが速度計測手段を構成する。Ｓ３０の手順とＥＣＵ１０とが算出手段を構成する。Ｓ４０の手順とＥＣＵ１０とが補正手段を構成する。Ｓ７０の手順とＥＣＵ１０とが第１副補正手段を構成する。Ｓ８０の手順とＥＣＵ１０とが第２副補正手段を構成する。
【符号の説明】
【００６７】
１ ナビゲーション装置
２ 自動車車両（移動体）
１０ ＥＣＵ（角速度算出装置）
２２ ジャイロセンサ
２３ 車速センサ
２５ 加速度センサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、角速度算出装置、ナビゲーション装置、角速度算出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のとおり、自動車に搭載するナビゲーション装置等においては、角速度を検出することが重要である。具体的にナビゲーション装置等では、ＧＰＳ衛星からの情報が取得できない状況において、例えばジャイロセンサによって車両の角速度を検出し、それを積分することによって車両の方向を求めるといった情報処理を実行する。
【０００３】
車両の姿勢、方向を高精度に算出するためには当然、角速度データを高精度で取得する必要がある。例えば下記特許文献１では、ジャイロセンサからの角速度信号の平均値をとる等して、角速度信号の微妙な変動の影響を抑制する技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１２１９５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ナビゲーション装置等で検出される角速度において誤差の可能性となる要因は、ジャイロの静特性や動特性の影響もさることながら、車両の動特性の影響も大きい。発明者が行った実験によれば、例えば車両がらせん状に回転しながら走行した場合、車両のロール運動によってジャイロの計測軸が傾くことによって１０度のロール角で理想特性から−１．２％の誤差が生じる。特にミニバンのように車高が高い車種の場合には、旋回時のロール角が大きいために誤差が大きくなる。
【０００６】
図８には車両が旋回走行したときのヨー方向の角速度と角度の時間波形の例が示されている。図８の例は角速度が台形状の波形となる場合で、点線Ｌ１がジャイロセンサによる角速度の計測値、点線Ｌ２がその時間積分である角度値であり、実線Ｌ３が角速度の真値、実線Ｌ４がＬ３の時間積分である角度真値である。
【０００７】
図示のとおり、ジャイロの計測値Ｌ１では、旋回の開始時と終了時にオーバーシュート状の誤差が生じている。したがってその積分Ｌ２において誤差が累積されて、旋回終了後はオフセット状の誤差となってる。このオーバーシュートの原因は、上記のとおりロール運動における車両の左右方向への傾きであると考えられる。
【０００８】
例えば３軸ＩＭＵのようにベクトル計算が可能ならば上記問題は明らかに解決するが、高コスト化が問題となる。したがってヨー方向の角速度のみが検出可能な条件下で、ロール運動によるジャイロ出力の誤差に対処することが望まれるが、従来技術では、そうした方法は提案されていない。
【０００９】
そこで本発明が解決しようとする課題は、上記問題点に鑑み、ロール方向の角速度を計測しない状況で、ロール方向の傾斜によるヨー方向の角速度計測値の誤差を補正することが可能な角速度算出装置、ナビゲーション装置、角速度算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及び発明の効果】
【００１０】
上記課題を達成するために、本発明に係る角速度算出装置は、移動体のヨー方向の角速度を計測する角速度計測手段と、前記移動体の速度を計測する速度計測手段と、前記角速度計測手段によって計測されたヨー方向の角速度と、前記速度計測手段によって計測された速度と、を用いて前記移動体の旋回運動における遠心力を求めることにより前記移動体のロール方向の傾斜角度を算出する算出手段と、その算出手段によって算出された前記移動体のロール方向の傾斜角度を用いて前記角速度計測手段により計測されたヨー方向の角速度を補正する補正手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
これにより本発明に係る角速度算出装置では、移動体のヨー方向の角速度と併進運動の速度とを計測して、これらから移動体の旋回運動における遠心力を求めることでロール方向の傾斜角度を算出して、それによりヨー方向の角速度を補正するので、移動体のロール方向の傾斜角度を直接計測する手段を備えることなく、移動体が旋回運動した場合にロール方向に傾くことにより生じるヨー方向の角速度検出値の誤差が補正できる。したがってジャイロ装置等の装備のコストを抑えながら、旋回時にも高精度に角速度を算出する角速度算出装置が実現できる。
【００１２】
また前記算出手段は、前記移動体の旋回移動における遠心力により発生するモーメントを外力モーメントとしたロール方向の運動方程式により前記移動体のロール方向の傾斜角度を算出するとしてもよい。
【００１３】
これにより移動体のロール方向の傾斜角度をロール方向の運動方程式から計算し、運動方程式における外力モーメントを移動体にかかる遠心力によるモーメントとするので、ロール方向の傾斜角度を実際に計測しなくとも、高精度に移動体のロール方向の傾斜角度が算出できる。
【００１４】
また前記運動方程式は、前記移動体のばね定数を含む項を有し、前記算出手段は、前記移動体のばね定数が大きい程ロール方向の傾斜角度を小さい値として算出するとしてもよい。
【００１５】
これにより移動体の運動方程式に弾性に関する項があり、ばね定数が大きい程傾斜角度を小さく算出するので、移動体の弾性に関する性質も含めた運動方程式を用いて、高精度に移動体のロール方向の傾斜角度が算出できる。
【００１６】
また前記補正手段は、前記移動体のロール方向の傾斜角度と前記移動体が移動する路面の傾斜角度との和を推定して、前記角速度計測手段により計測されたヨー方向の角速度を補正する第１副補正手段を備えたとしてもよい。
【００１７】
これにより移動体のロール方向の傾斜角度のみでなく、それと路面の傾斜角度との和を推定して、それにより角速度計測値を補正するので、路面の傾斜も考慮した高精度の角速度補正が実行できる。
【００１８】
また前記補正手段は、前記角速度計測手段を前記移動体へ取り付ける際の取り付け傾斜角度を用いて前記角速度計測手段により計測されたヨー方向の角速度を補正する第２副補正手段を備えたとしてもよい。
【００１９】
これにより移動体のロール方向の傾斜角度のみでなく、角速度計測手段の取り付け傾斜角度も用いて角速度計測値を補正するので、取り付け傾斜角度も考慮した高精度の角速度補正が実行できる。
【００２０】
また本発明に係るナビゲーション装置は、上記いずれかに記載された角速度算出装置を備え、前記補正手段により補正されたヨー方向の角速度を積分して前記移動体の移動方向を求め、前記速度計測手段で計測された前記移動体の速度を積分して移動距離を求めて、自律航法により前記移動体の位置を算出する位置算出手段を備えたとしてもよい。
【００２１】
これにより本発明に係るナビゲーション装置では、上記のとおり移動体のロール方向の傾斜角度を直接計測せずに、ヨー方向の角速度、車速、さらには路面の傾斜角度、計測手段の取り付け角度を考慮して、遠心力を外力とし、弾性係数を含む運動方程式によって高精度に角速度を補正したうえで、角速度、速度を積分して移動体の位置を算出するので、簡易なセンサ装備のもとで移動体の位置が高精度に算出できる。
【００２２】
また本発明に係る角速度算出方法は、移動体のヨー方向の角速度を計測する角速度計測手順と、前記移動体の速度を計測する速度計測手順と、前記角速度計測手順によって計測されたヨー方向の角速度と、前記速度計測手順によって計測された速度と、を用いて前記移動体の旋回運動における遠心力を求めることにより前記移動体のロール方向の傾斜角度を算出する算出手順と、その算出手順によって算出されたロール方向の傾斜角度を用いて前記角速度計測手順により計測されたヨー方向の角速度を補正する補正手順と、を実行することを特徴とする。
【００２３】
これにより本発明に係る角速度算出方法では、移動体のヨー方向の角速度と併進運動の速度とを計測して、これらから移動体の旋回運動における遠心力を求めることでロール方向の傾斜角度を算出して、それによりヨー方向の角速度を補正するので、移動体のロール方向の傾斜角度を直接計測する手段を備えることなく、移動体が旋回運動した場合にロール方向に傾くことにより生じるヨー方向の角速度検出値の誤差が補正できる。したがってジャイロ装置等の装備のコストを抑えながら、旋回時にも高精度に角速度を算出する角速度算出方法が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明におけるナビゲーション装置の実施例における構成図。
【図２】実施例１における角速度補正処理のフローチャート。
【図３】実施例２における角速度補正処理のフローチャート。
【図４】実施例３における角速度補正処理のフローチャート。
【図５】実施例１における車両のロール運動を示す図。
【図６】実施例２における車両のロール運動を示す図。
【図７】実施例３におけるジャイロセンサの取り付け傾斜角を示す図。
【図８】角速度計測値とその積分値の時間波形の例を示す図。
【図９】角速度の補正前と補正後の数値例を示す図。
【図１０】角速度の累積誤差の例を示す図。
【図１１】角速度補正の効果の例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。まず図１は、ナビゲーション装置１の実施例における装置構成の概略図である。ナビゲーション装置１は自動車車両２（車両、移動体）に搭載されているとし、電子制御装置１０（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）と各種機器とを備える。ＥＣＵ１０が本発明に係る角速度算出装置を構成する。なお本発明の角速度算出装置、さらにはナビゲーション装置の実施形態は、自動車のナビゲーション装置に何ら限定されることなく、他の移動体にも適宜搭載可能である。
【００２６】
ＥＣＵ１０は、コンピュータの構造を有するとし、各種演算など情報処理のためのＣＰＵ１１、ＣＰＵ１１の作業領域のための一時記憶の場としてのＲＡＭ１２、各種プログラムなどを記憶しておくためのＲＯＭ１３、書き換え可能な不揮発性の記憶部であるメモリ１４、各種機器との接続のためのインターフェース部１５（Ｉ／Ｆ）を備えて、これらがバスで接続されて情報の受け渡しが可能となっている。なお本実施例におけるＥＣＵ１０は、カーナビゲーションのためのナビＥＣＵとすればよい。
【００２７】
Ｉ／Ｆ１５に接続された各種機器としては、ＧＰＳ受信部２１、ジャイロセンサ２２、車速センサ２３、地図情報データベース２４（地図情報ＤＢ）、加速度センサ２５を備える。
【００２８】
ＧＰＳ受信部２１は、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）衛星からのＧＰＳ信号を受信する。ジャイロセンサ２２は、車両のヨー方向の角速度を検出する機能を有するセンサである。ジャイロセンサ２２が検出した角速度を積分することにより車両の方向変化が算出される。
【００２９】
車速センサ２３は、車両の速度を検出するセンサである。車速センサ２３は、例えばロータリーエンコーダ等の周知の構成によって、車輪の所定回転角度ごとにパルス信号を発生させ、それを基にして車両の速度を算出する。そしてＥＣＵ１０において車速センサ２３で得た車速を積算して車両の走行距離を算出することができるとする。
【００３０】
地図情報ＤＢ２４は、カーナビゲーションで利用される様々な地図情報のデータベースである。加速度センサ２５は、車両２にかかる加速度を検出するセンサである。加速度センサ２５は車両２の左右方向の加速度を検出する１軸の加速度センサであるとすればよい。
【００３１】
上述のとおりＥＣＵ１０はナビＥＣＵの機能を有するものであり、ＧＰＳ受信部２１、ジャイロセンサ２２、車速センサ２３、地図情報ＤＢ２４を用いて、以下のとおりカーナビゲーション（以下ではナビと略記）の処理を実行する。
【００３２】
ＥＣＵ１０によるナビにおける位置算出方法は、主にＧＰＳ航法、自律航法、マップマッチング法からなる。このうちＧＰＳ航法は、ＧＰＳ受信部２１によってＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を受信することによって、地球上での車両の位置（緯度、経度）を算出するものである。
【００３３】
自律航法では、上記構成の場合、ジャイロセンサ２２等によって車両の方向を求め、車速センサ２３で検出した車速を積分して走行距離を求めることによって車両の位置を算出する。本発明では後述するようにジャイロセンサ２２によって計測された角速度を補正した後にこれを用いて車両方向を算出する。ＣＰＵ１１では、上記ＧＰＳ航法と自律航法とを組み合わせたハイブリッド航法によって車両位置を算出する。
【００３４】
ハイブリッド航法では例えば、最初の位置決定を含めた、時々の数値補正のときにＧＰＳ航法を用い、それ以外のときは自律航法によって車両の進行方向及び走行距離を時々刻々算出し、それを積算していくことにより、逐次車両位置を算出していく。ハイブリッド航法を使用することによって、ＧＰＳ航法ではトンネル内や建築物の陰でＧＰＳ衛星からの電波が受信しにくい状況では車両位置の算出が困難である問題点と、自律航法では走行距離を積算していくうちに誤差が累積していき車両位置の精度が低減する問題点とを互いに補うことができるので、高精度に車両位置が算出できる。
【００３５】
そして、ハイブリッド航法によって得られた車両位置をマップマッチング法によって修正すればよい。マップマッチング法では、ハイブリッド航法によって得られた車両位置が地図情報ＤＢ２４が有する地図と照らし合わせて不適切な位置であるとみなされた場合には、地図情報ＤＢ２４が有する地図に整合させて、より適切な車両位置に修正する。
【００３６】
ナビゲーション装置１は、上記構成のもとで自動車車両２の時々刻々の位置、姿勢算出を実行するが、ＥＣＵ１０では、そのために必要とされる処理として、ヨー方向の角速度算出処理を実行する。図２、図３、図４にはそれぞれ実施例１、２、３におけるヨー方向の角速度算出処理のフローチャートが示されている。これらのフローチャートはプログラム化されてＲＯＭ１３やメモリ１４に記憶しておき、ＣＰＵ１１がこれを実行することで自動的に順次処理されるとすればよい。図２、３、４の処理は、運転者が車両を運転している間、常に実行し続けるとすればよい。なお実施例１では加速度センサ２５は装備しないとしてもよい。
【００３７】
まず実施例１を説明する。図２に示されているようにまずジャイロセンサ２２によってヨー方向の角速度を計測し（Ｓ１０）、車速センサ２３によって車速を検出する（Ｓ２０）。そして車両２のロール方向の傾斜角度（ロール角）を算出する（Ｓ３０）。そしてＳ１０で検出した角速度の計測値をＳ３０で求めた車両２のロール角を用いて補正する（Ｓ４０）。
【００３８】
Ｓ３０での算出方法は以下のとおりである。図５には、車両２が旋回運動をしたことによりロール運動した場合の様子が例示されている。同図のとおり車両２のロール角をθとする。また旋回運動によって発生した遠心力をｆ１とする。
【００３９】
さらにロール方向の回転運動における車両２の慣性モーメントをＩとし、同じ運動における車両２のばね定数をＫとする。ばね定数Ｋには、車両２のサスペンションの弾性、タイヤの弾性を含む車両２の全ての弾性が反映されているとすればよい。また上記遠心力ｆ１によるロール方向のモーメント（トルク）をＭとする。このとき車両２のロール方向の回転運動における運動方程式は次の式（Ｅ１）で与えられる。ここでｄ２θ／ｄｔ２はθの時間ｔに関する２階微分を示す。
Ｉ・ｄ２θ／ｄｔ２＋Ｋ・θ＝Ｍ （Ｅ１）
【００４０】
力学分野で周知のとおり遠心力ｆ１は次の式（Ｅ２）で与えられる。ここでｍは車両２の質量、ｒは車両２のヨー方向の旋回運動における回転半径、ωはその旋回運動におけるヨー方向の角速度である。ωはジャイロセンサ２２による計測値とする。
ｆ１＝ｍ・ｒ・ω２ （Ｅ２）
【００４１】
遠心力ｆ１とモーメントＭの関係は次の式（Ｅ３）となる。ここでｂはロール方向の運動における車両２の重心の回転半径とする。したがってｂは例えば車両２の重心からロール方向の回転における回転中心軸（例えば旋回における外側車輪が路面と接する場所を通る軸）までの距離とすればよい。なお（Ｅ３）の右辺にさらに、車両２の重心から回転中心軸への方向と車両の左右方向との間の角度の正弦値を乗算してさらに高精度としてもよい。
Ｍ＝ｆ１・ｂ （Ｅ３）
【００４２】
車両２の車速をＶとすると、力学で周知のとおり式（Ｅ４）が成立する。式（Ｅ２）と（Ｅ４）より式（Ｅ５）が得られる。さらに式（Ｅ４）と（Ｅ５）より式（Ｅ６）が得られる。
Ｖ＝ｒ・ω （Ｅ４）
ｆ１＝ｍ・Ｖ・ω （Ｅ５）
Ｍ＝ｍ・ｂ・Ｖ・ω （Ｅ６）
【００４３】
式（Ｅ１）において近似的に定常状態を考えるとしてθの時間微分に関する項をゼロとすると次の式（Ｅ７）が得られる。
θ＝Ｍ／Ｋ （Ｅ７）
【００４４】
式（Ｅ６）を式（Ｅ７）に代入すると結局次の式（Ｅ８）が得られる。図２のＳ３０ではこの（Ｅ８）によりロール角を算出する。
θ＝ｍ・ｂ・Ｖ・ω／Ｋ （Ｅ８）
【００４５】
この式（Ｅ８）でロール角θが求められたので、車両２あるいはジャイロセンサ２２がロール角θだけ傾斜していることによる誤差を抑制するようにジャイロセンサ２２の計測値を補正する。具体的にはジャイロセンサ２２による計測値であるωを、次の式（Ｅ９）でω１へ補正する。図２のＳ４０では、この式（Ｅ９）により角速度ωをω１へ補正すればよい。
ω１＝ω／ｃｏｓθ （Ｅ９）
【００４６】
以上のとおり実施例１では角速度ωや車速Ｖなどから式（Ｅ５）で遠心力ｆ１を求めて式（Ｅ８）でロール方向の傾斜角度θを算出する。したがってθを直接計測する必要がない。なおｍやｂは予め計測した数値をＥＣＵ１０に記憶しておけばよい。
【００４７】
実施例１のナビゲーション装置１では、この後、式（Ｅ９）で補正された角速度ω１を積算（積分）することによって車両２の角度（方向、姿勢）を算出する。ＥＣＵ１０では、車両２の方向情報と、車速センサ２２で検出された車速を積分した移動距離情報と組み合わせて車両の現在位置を時々刻々算出することによって自律航法を実行する。上述のようにこれをＧＰＳ航法やマップマッチング法と組み合わせて、より高精度に車両位置を算出すればよい。
【００４８】
次に実施例２を説明する。実施例２では車両のロール角のみでなく、路面の傾斜角も考慮する。以下で実施例１と異なる部分を説明する。図６（ａ）には路面が傾斜している場合の車両２の様子が例示されている。同図のとおり水平面を基準としたときの路面の傾斜角をφとし、路面を基準にしたときの車両２のロール角をθとする。また車両２の左右方向にかかる力をｆ２とする。
【００４９】
実施例２のフローチャートは図３に示されている。図３の処理手順では、実施例１と同じＳ１０、Ｓ２０を処理した後に、車両２の加速度を検出する（Ｓ５０）。これは加速度センサ２５によって検出すればよい。この手順での加速度とは車両の左右方向の加速度とすればよい。したがってこの加速度の方向は水平面からはφ＋θだけ傾斜している。
【００５０】
次にＳ６０で車両２のロール角θと路面の傾斜角φとの和を推定する。その推定方法は図６（ｂ）に図示されている。同図では、車両２の左右方向の加速度をａ２としている。このａ２と車両の質量ｍとの積が上述のｆ２となる。また同図のａ１は車両２の路面上での旋回運動により発生する遠心力による加速度成分を示している。またＶは車両２にかかる重力加速度Ｇのａ１、ａ２と平行な方向の成分である。
【００５１】
図６（ｂ）のとおり、加速度ａ２はａ１とＶとの和である。したがって次の式（Ｅ１０）が成立する。
Ｖ＝ａ２−ａ１ （Ｅ１０）
【００５２】
また図６（ｂ）からあきらかに、路面の傾斜角φと、Ｖ、重力加速度Ｇとの間に次の式（Ｅ１１）が成立する。
Ｖ／Ｇ＝ｓｉｎ（θ＋φ） （Ｅ１１）
【００５３】
車両２にかかる遠心力は上記式（Ｅ５）で与えられるｆ１である。車両２にかかる遠心力は車両２の左右方向の力なので、図６のａ１はｆ１よりもさらにθだけ傾いている。よって次の式（Ｅ１２）が成立する。ここではθは小さいとしてｃｏｓθを１に近似し、さらに式（Ｅ５）を用いると式（Ｅ１３）が得られる。
ｆ１・ｃｏｓθ＝ｍ・ａ１ （Ｅ１２）
ａ１＝Ｖ・ω （Ｅ１３）
【００５４】
以上をまとめると、次の式（Ｅ１４）が得られる。式（Ｅ１４）でａ２、Ｖ、ωはそれぞれ加速度センサ２５、車速センサ２３、ジャイロセンサ２２の計測値である。図３のＳ６０ではこの式（Ｅ１４）でθ＋φを算出すればよい。
θ＋φ＝ｓｉｎ−１（（ａ２−Ｖ・ω）／Ｇ） （Ｅ１４）
【００５５】
この式（Ｅ１４）によりθ＋φが得られた。よってＳ７０では次の式（Ｅ１５）によりＳ１０でジャイロセンサ２２によって計測値したωをω２へ補正する。
ω２＝ω／ｃｏｓ（φ＋θ） （Ｅ１５）
【００５６】
以上のとおり実施例２では式（Ｅ１５）で角速度の計測値ωを補正するので、ロール角θのみでなく路面の傾斜角φも用いた高精度な補正が実現できる。
【００５７】
次に実施例３を説明する。実施例３では、ジャイロセンサ２２の車両２へ取り付ける際に傾いて取り付けられる場合があるが、これを考慮してヨー方向の角速度を補正する。以下で実施例２と異なる部分を説明する。
【００５８】
図７には、ジャイロセンサ２２が車両２へ取り付けられた様子の例が示されている。図７の例では、ジャイロセンサ２２を含めたナビゲーション装置１がダッシュボードに装備されて、ジャイロセンサ２２の取り付け傾斜角はψとなっている。図７では傾斜角ψはピッチ方向の傾斜角となっている。
【００５９】
実施例３の処理手順は図４のフローチャートに示されている。同図のとおり、実施例３では、実施例２と同じＳ１０からＳ７０を処理した後に、取り付け傾斜角ψによりヨー方向の角速度を補正する（Ｓ８０）。
【００６０】
具体的に手順Ｓ８０では、取り付け傾斜角がピッチ方向に角度ψであることから、次の式（Ｅ１６）によってＳ７０までで得られた上述のω２をω３へ補正する。取り付け傾斜角ψの情報はあらかじめ例えばメモリ１４などに記憶しておけばよい。
ω３＝ω２／ｃｏｓ（ψ） （Ｅ１６）
【００６１】
以上のとおり実施例３ではジャイロセンサ２２が傾斜して取り付けられている場合にも高精度に角速度計測値の補正ができる。なお上記では取り付け傾斜角度ψをピッチ方向としたが、ψがそれとは異なる方向であった場合は上記補正を修正すればよい。修正は自明である。例えばψがφやθと同じロール方向であった場合には式（Ｅ１６）は用いず、式（Ｅ１５）でφ＋θをψ＋φ＋θに変更する。
【００６２】
またＳ８０の処理を図１のＳ４０の後（あるいは前）に追加してもよい。この場合実施例１の補正に取り付け傾斜角の補正が追加されて、より高精度な補正となる。
【００６３】
以上述べた実施例における効果の例が図９から図１１に示されている。図９では、横軸がヨー方向の角速度の計測値、縦軸がその補正値を示している。本発明による補正によって、角速度が大きいほど、さらに車速が大きいほど、補正量の効果が大きくなる。
【００６４】
これによって車両が高速で旋回した場合のロール運動によるヨー方向角速度の計測誤差が補正されることが期待されるが、実際図１０、１１に示されているように実際に効果があらわれる。図１１が、図８と同様の旋回走行をした場合に本発明の角速度補正を行った場合、図１０が本発明の補正を行わなかった場合である。
【００６５】
図１０、１１では角度誤差が実線Ｌ５で示されている。つまりＬ５はＬ２とＬ４との差分である。図１０では旋回走行中にロール角速度計測値の誤差が累積して旋回終了後にはオフセット状の角度誤差が生じているが、図１１では本発明の効果によりこうした誤差が生じていない。
【００６６】
上記実施例においてＳ１０の手順とＥＣＵ１０とが角速度計測手段を構成する。Ｓ２０の手順とＥＣＵ１０とが速度計測手段を構成する。Ｓ３０の手順とＥＣＵ１０とが算出手段を構成する。Ｓ４０の手順とＥＣＵ１０とが補正手段を構成する。Ｓ７０の手順とＥＣＵ１０とが第１副補正手段を構成する。Ｓ８０の手順とＥＣＵ１０とが第２副補正手段を構成する。
【符号の説明】
【００６７】
１ ナビゲーション装置
２ 自動車車両（移動体）
１０ ＥＣＵ（角速度算出装置）
２２ ジャイロセンサ
２３ 車速センサ
２５ 加速度センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体のヨー方向の角速度を計測する角速度計測手段と、
前記移動体の速度を計測する速度計測手段と、
前記角速度計測手段によって計測されたヨー方向の角速度と、前記速度計測手段によって計測された速度と、を用いて前記移動体の旋回運動における遠心力を求めることにより前記移動体のロール方向の傾斜角度を算出する算出手段と、
その算出手段によって算出された前記移動体のロール方向の傾斜角度を用いて前記角速度計測手段により計測されたヨー方向の角速度を補正する補正手段と、
を備えたことを特徴とする角速度算出装置。
【請求項２】
前記算出手段は、前記移動体の旋回移動における遠心力により発生するモーメントを外力モーメントとしたロール方向の運動方程式により前記移動体のロール方向の傾斜角度を算出する請求項１に記載の角速度算出装置。
【請求項３】
前記運動方程式は、前記移動体のばね定数を含む項を有し、
前記算出手段は、前記移動体のばね定数が大きい程ロール方向の傾斜角度を小さい値として算出する請求項２に記載の角速度算出装置。
【請求項４】
前記補正手段は、前記移動体のロール方向の傾斜角度と前記移動体が移動する路面の傾斜角度との和を推定して、前記角速度計測手段により計測されたヨー方向の角速度を補正する第１副補正手段を備えた請求項１乃至３のいずれか１項に記載の角速度算出装置。
【請求項５】
前記補正手段は、前記角速度計測手段を前記移動体へ取り付ける際の取り付け傾斜角度を用いて前記角速度計測手段により計測されたヨー方向の角速度を補正する第２副補正手段を備えた請求項１乃至４のいずれか１項に記載の角速度算出装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載された角速度算出装置を備え、
前記補正手段により補正されたヨー方向の角速度を積分して前記移動体の移動方向を求め、前記速度計測手段で計測された前記移動体の速度を積分して移動距離を求めて、自律航法により前記移動体の位置を算出する位置算出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７】
移動体のヨー方向の角速度を計測する角速度計測手順と、
前記移動体の速度を計測する速度計測手順と、
前記角速度計測手順によって計測されたヨー方向の角速度と、前記速度計測手順によって計測された速度と、を用いて前記移動体の旋回運動における遠心力を求めることにより前記移動体のロール方向の傾斜角度を算出する算出手順と、
その算出手順によって算出されたロール方向の傾斜角度を用いて前記角速度計測手順により計測されたヨー方向の角速度を補正する補正手順と、
を実行することを特徴とする角速度算出方法。
【請求項１】
移動体のヨー方向の角速度を計測する角速度計測手段と、
前記移動体の速度を計測する速度計測手段と、
前記角速度計測手段によって計測されたヨー方向の角速度と、前記速度計測手段によって計測された速度と、を用いて前記移動体の旋回運動における遠心力を求めることにより前記移動体のロール方向の傾斜角度を算出する算出手段と、
その算出手段によって算出された前記移動体のロール方向の傾斜角度を用いて前記角速度計測手段により計測されたヨー方向の角速度を補正する補正手段と、
を備えたことを特徴とする角速度算出装置。
【請求項２】
前記算出手段は、前記移動体の旋回移動における遠心力により発生するモーメントを外力モーメントとしたロール方向の運動方程式により前記移動体のロール方向の傾斜角度を算出する請求項１に記載の角速度算出装置。
【請求項３】
前記運動方程式は、前記移動体のばね定数を含む項を有し、
前記算出手段は、前記移動体のばね定数が大きい程ロール方向の傾斜角度を小さい値として算出する請求項２に記載の角速度算出装置。
【請求項４】
前記補正手段は、前記移動体のロール方向の傾斜角度と前記移動体が移動する路面の傾斜角度との和を推定して、前記角速度計測手段により計測されたヨー方向の角速度を補正する第１副補正手段を備えた請求項１乃至３のいずれか１項に記載の角速度算出装置。
【請求項５】
前記補正手段は、前記角速度計測手段を前記移動体へ取り付ける際の取り付け傾斜角度を用いて前記角速度計測手段により計測されたヨー方向の角速度を補正する第２副補正手段を備えた請求項１乃至４のいずれか１項に記載の角速度算出装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載された角速度算出装置を備え、
前記補正手段により補正されたヨー方向の角速度を積分して前記移動体の移動方向を求め、前記速度計測手段で計測された前記移動体の速度を積分して移動距離を求めて、自律航法により前記移動体の位置を算出する位置算出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７】
移動体のヨー方向の角速度を計測する角速度計測手順と、
前記移動体の速度を計測する速度計測手順と、
前記角速度計測手順によって計測されたヨー方向の角速度と、前記速度計測手順によって計測された速度と、を用いて前記移動体の旋回運動における遠心力を求めることにより前記移動体のロール方向の傾斜角度を算出する算出手順と、
その算出手順によって算出されたロール方向の傾斜角度を用いて前記角速度計測手順により計測されたヨー方向の角速度を補正する補正手順と、
を実行することを特徴とする角速度算出方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−８０８５７（Ｐ２０１１−８０８５７Ａ）
【公開日】平成２３年４月２１日（２０１１．４．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２３３２３２（Ｐ２００９−２３３２３２）
【出願日】平成２１年１０月７日（２００９．１０．７）
【出願人】（０００２０３６３４）多摩川精機株式会社 (669)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年４月２１日（２０１１．４．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１０月７日（２００９．１０．７）
【出願人】（０００２０３６３４）多摩川精機株式会社 (669)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]