(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体の加速度を計測する加速度センサと、前記加速度センサで計測した加速度から車両のピッチ角を算出するピッチ角算出部と、前記ピッチ角算出部で算出したピッチ角を記憶するピッチ角記憶部と、前記ピッチ角記憶部に記憶されたピッチ角と前記ピッチ角算出部で算出された現在ピッチ角との差により移動体の速度誤差を補正する速度補正部とを有するナビゲーション装置。
【請求項２】
移動体の加速度を計測する加速度センサと、前記加速度センサで計測した加速度を記憶する加速度記憶部と、前記加速度センサで計測した加速度から車両のピッチ角を算出するピッチ角算出部と、前記ピッチ角算出部で算出したピッチ角を記憶するピッチ角記憶部と、前記ピッチ角記憶部に記憶されたピッチ角と前記ピッチ角算出部で算出された現在ピッチ角との差により移動体の速度誤差を補正する速度補正部と、前記加速度記憶部に記憶された加速度のばらつきを統計的に評価する加速度ばらつき評価部とを有するナビゲーション装置。
【請求項３】
前記速度補正部は、前記加速度ばらつき評価部で評価された加速度のばらつきが所定値以下のときのみ移動体の速度誤差を補正する請求項２に記載のナビゲーション装置。
【請求項４】
移動体の加速度を計測する加速度センサと、前記加速度センサで計測した加速度から車両のピッチ角を算出するピッチ角算出部と、前記ピッチ角算出部で算出したピッチ角を記憶するピッチ角記憶部と、前記ピッチ角記憶部に記憶されたピッチ角と前記ピッチ角算出部で算出された現在ピッチ角との差により移動体の速度誤差を補正する速度補正部と、移動体の現在位置、移動速度を求めるＧＰＳ部とを有するナビゲーション装置。
【請求項５】
前記速度補正部は、前記ＧＰＳ部で移動体の現在位置、移動速度が求められないときのみ移動体の速度誤差を補正する請求項４に記載のナビゲーション装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加速度センサを用いて移動体の位置を計測するナビゲーション装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５は従来のナビゲーション装置の概略構成図であり、図６は従来のナビゲーション装置を示すブロック図である。図５、図６において、１は移動体、２は移動体１の進行方向の加速度を非接触にて計測するための加速度センサ、３は移動体１のヨー方向の角速度（方位角速度）を検出するジャイロセンサ、４は加速度センサ２で計測された加速度から移動体１のピッチ角を算出するピッチ角算出部、５は加速度センサ２で計測された加速度から移動体１の移動距離を算出する移動距離算出部、６はジャイロセンサ３で検出した角速度から移動体１の移動方位角を算出する移動方位算出部、７は移動距離算出部５で算出した移動距離および移動方位算出部６で算出した移動方位角から移動体１の位置を算出する位置算出部、８は地図等の情報を記憶する地図記憶部、９は後述のＧＰＳ部１０からの位置情報を処理して地図上の位置情報を得るマップマッチング部、１０はＧＰＳ（Ｇｌｏ−ｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉ−ｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ，全地球測位システム）によって現在位置、移動速度の測定を行うＧＰＳ部、１１はマップマッチング部９で求められた位置情報と地図記憶部８から読み出した地図情報とを操作者に表示するための表示部である。
【０００３】
以上のように構成されたナビゲーション装置について、その動作を図５〜図７を用いて説明する。図７は位置演算の概念図である。まず移動距離算出部５および移動方位算出部６は、加速度センサ２、ジャイロセンサ３の出力である加速度および角速度をΔｔ時間ごとにサンプリングし、以下の方法で移動体進行方向の移動距離および方位角を求める。ここで時刻Δｔ×ｎでの加速度センサ２の加速度、ジャイロセンサ３の方位角をそれぞれＡｘ（ｎ）、Ｗｘ（ｎ）、加速度センサ２の測定方向の軸と地球水平面のなす角度をθｙ（Ａｘ（ｎ）を加重平均することにより算出される値）、地球の重力方向軸回りの回転角をθｚ、地球の重力加速度をｇ、移動体１の進行方向の加速度をａｎとすると、θｚ（ｎ）、ａｎは（数１）、（数２）から求められる。
【０００４】
【数１】
0003551661.tif 000002
【０００５】
【数２】
0003551661.tif 000003
【０００６】
時刻Δｔ×ｎでの速度ｖｎおよび時間周期Δｔ、時刻Δｔ×ｎでの走行距離ΔＤｎは、ｖ０を初期速度とすると、（数３）、（数４）から求められる。
【０００７】
【数３】
0003551661.tif 000004
【０００８】
【数４】
0003551661.tif 000005
【０００９】
また、（数１）、（数３）より求められた移動体１の方位角θｚ（ｎ）、走行距離ΔＤｎを用いて、図７に示すような考え方（微小時間の走行距離とそのときの方位角とからｘ、ｙ方向の微小距離を求め、その微小距離を積算するという考え方）に基づいて、以下に示す演算を行うことにより移動体１の位置を計算することができる。すなわち、時刻Δｔ×ｎでの方位角をθｚ（ｎ）、時間周期Δｔ、時刻Δｔ×ｎでの走行距離をΔＤｎ、移動体１の初期位置を（ｘ０、ｙ０）とすると、時刻Δｔ×ｎでの位置（ｘｎ、ｙｎ）は（数５）、（数６）から求まる。
【００１０】
【数５】
0003551661.tif 000006
【００１１】
【数６】
0003551661.tif 000007
【００１２】
これにより、移動後の位置が計算される。
表示部１１では、位置算出部７で求めた位置情報と、ＧＰＳ部１０から出力される位置情報をマップマッチング部９により処理した位置情報と、地図記憶部８に記憶された地図情報とを重ねて表示し、地図上での移動体１の位置を操作者に対して表示する。
【００１３】
このような従来のナビゲーション装置では、加速度センサ２を用いて移動体１の移動距離（走行距離）を算出するが、例えば坂路走行などの場合、加速度センサ２により検出される加速度Ａｘには移動体１の進行に伴う加速度以外に重力加速度ｇの進行方向成分を含んでいるので、正確な移動体１の加速度を得ることができない。このため、従来のナビゲーション装置では、加速度センサ２検出の加速度を加重平均することにより、移動体１のピッチ角θｙを推定し、重力加速度ｇの進行方向成分を求め、加速度センサ２の検出した加速度Ａｘから重力加速度ｇの進行方向成分を除去することが考えられていた。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のナビゲーション装置では、加減速中に上記移動体１のピッチ角θｙの誤差が大きくなることがあり、位置算出精度が悪化するという問題点を有していた。
【００１５】
このナビゲーション装置では、移動体のピッチ角誤差に基づく位置算出精度の悪化が防止されることが要求されている。
【００１６】
本発明は、移動体のピッチ角誤差に基づく位置算出精度の悪化を防止できるナビゲーション装置を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明によるナビゲーション装置は、移動体の加速度を計測する加速度センサと、加速度センサで計測した加速度から車両のピッチ角を算出するピッチ角算出部と、ピッチ角算出部で算出したピッチ角を記憶するピッチ角記憶部と、ピッチ角記憶部に記憶されたピッチ角とピッチ角算出部で算出された現在ピッチ角との差により移動体の速度誤差を補正する速度補正部とを有するように構成した。
【００１８】
これにより、移動体のピッチ角誤差に基づく位置算出精度の悪化を防止できるナビゲーション装置が得られる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、移動体の加速度を計測する加速度センサと、加速度センサで計測した加速度から車両のピッチ角を算出するピッチ角算出部と、ピッチ角算出部で算出したピッチ角を記憶するピッチ角記憶部と、ピッチ角記憶部に記憶されたピッチ角とピッチ角算出部で算出された現在ピッチ角との差により移動体の速度誤差を補正する速度補正部とを有することとしたものであり、記憶されたピッチ角と現在ピッチ角との差に基づき、ピッチ角算出誤差により生じた移動体の速度誤差が補正されるという作用を有する。
【００２０】
請求項２に記載の発明は、移動体の加速度を計測する加速度センサと、加速度センサで計測した加速度を記憶する加速度記憶部と、加速度センサで計測した加速度から車両のピッチ角を算出するピッチ角算出部と、ピッチ角算出部で算出したピッチ角を記憶するピッチ角記憶部と、ピッチ角記憶部に記憶されたピッチ角とピッチ角算出部で算出された現在ピッチ角との差により移動体の速度誤差を補正する速度補正部と、加速度記憶部に記憶された加速度のばらつきを統計的に評価する加速度ばらつき評価部とを有することとしたものであり、統計的に評価された加速度のばらつき具合に応じて移動体の速度誤差の補正がなされるという作用を有する。
【００２１】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、速度補正部は、加速度ばらつき評価部で評価された加速度のばらつきが所定値以下のときのみ移動体の速度誤差を補正することとしたものであり、加速度のばらつきが所定値以下という安定した走行状態で移動体の速度誤差の補正がなされるという作用を有する。
【００２２】
請求項４に記載の発明は、移動体の加速度を計測する加速度センサと、加速度センサで計測した加速度から車両のピッチ角を算出するピッチ角算出部と、ピッチ角算出部で算出したピッチ角を記憶するピッチ角記憶部と、ピッチ角記憶部に記憶されたピッチ角と前記ピッチ角算出部で算出された現在ピッチ角との差により移動体の速度誤差を補正する速度補正部と、移動体の現在位置、移動速度を求めるＧＰＳ部とを有することとしたものであり、ＧＰＳ部で求めた移動体の現在位置、移動速度が利用されるという作用を有する。
【００２３】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、速度補正部は、ＧＰＳ部で移動体の現在位置、移動速度が求められないときのみ移動体の速度誤差を補正することとしたものであり、速度誤差を補正する速度補正部における算出誤差拡大が防止されるという作用を有する。
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図４を用いて説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１によるナビゲーション装置を示す概略構成図、図２は本実施の形態１によるナビゲーション装置を示すブロック図である。図１、図２において、２１は移動体、２２は移動体２１の進行方向の加速度を非接触にて計測するための加速度センサ、２３は移動体２１のヨー角動作すなわち移動体２１の垂直軸回りの回転角速度を非接触にて検出するジャイロセンサ、２４はジャイロセンサ２３で検出した角速度から移動体２１の移動方位角を算出する移動方位算出部、２５は加速度センサ２２で計測された加速度から移動体２１のピッチ角を算出するピッチ角算出部、２６はピッチ角算出部２５で算出されたピッチ角を所定時間記憶するピッチ角記憶部としての出力記憶部、２７は加速度センサ２２で計測した加速度を所定時間記憶する加速度記憶部としての出力記憶部、２８はピッチ角記憶部２６に記憶されたピッチ角とピッチ角算出部２５で算出した現在のピッチ角との差から移動体の速度を補正する速度補正部、２９は加速度記憶部２７に記憶された加速度の統計的評価値を算出する加速度ばらつき評価部、３０は加速度センサ２２で計測された加速度およびピッチ角算出部２５で算出されたピッチ角から移動体２１の移動距離を算出する移動距離算出部、３１は移動距離算出部３０で算出した移動距離および移動方位算出部２４で算出した移動方位角から移動体２１の位置を算出する位置算出部、３２はＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉ−ｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ，全地球測位システム）によって現在位置、移動速度の測定を行うＧＰＳ部、３３はＧＰＳ部３２からの位置情報を処理して地図上の位置情報を得るマップマッチング部、３４は地図等の情報を記憶する地図記憶部、３５はマップマッチング部３３で求められた位置情報と地図記憶部３４から読み出した地図情報とを操作者に表示するための表示部である。図２の加速度センサ２２、ジャイロセンサ２３、移動方位算出部２４、ＧＰＳ部３２、マップマッチング部３３、地図記憶部３４、表示部３５は図６の加速度センサ２、ジャイロセンサ３、移動方位算出部６、ＧＰＳ部１０、マップマッチング部９、地図記憶部８、表示部１１と同様のものなので、説明は省略する。
【００２５】
以上のように構成されたナビゲーション装置について、その動作を図３（ａ）〜（ｃ）、図４（ａ）〜（ｃ）を用いて説明する。図３（ａ）〜（ｃ）はピッチ変化を示すピッチ角状態図であり、図４（ａ）〜（ｃ）は複雑なピッチ変化を示すピッチ角状態図である。
【００２６】
加速度センサ２２を用いて移動体２１の速度を求めるためには、移動体２１の進行方向の加速度を求める必要がある。移動体２１に固着された加速度センサ２２で計測される加速度Ａｘは、移動体２１の進行方向加速度と移動体２１のピッチ動作による地球の重力加速度分とが加算されたものである。よって、移動体２１の進行方向加速度のみを求めるためには、重力加速度分を加速度センサ２２で計測された加速度Ａｘから差し引く必要がある。
【００２７】
ピッチ角算出部２５では最新のピッチ角θｙを求めており、ある時点ｔでの移動体２１の移動速度Ｖ（ｔ）は（数７）で表わされる。
【００２８】
【数７】
0003551661.tif 000008
【００２９】
いま、移動体２１が、ピッチ角θｙ（ｔ）が図３（ａ）に示すように変化している道路を走行していると仮定すると、このときのピッチ角θｙ（ｔ）は（数８）で表わされる。
【００３０】
【数８】
0003551661.tif 000009
【００３１】
このとき、移動体２１の移動速度Ｖ（ｔ）は（数９）で表わされる。
【００３２】
【数９】
0003551661.tif 000010
【００３３】
ここで、図３（ａ）の道路を走行中に、ピッチ角算出の誤差により、算出ピッチ角が（数１０）のようになったとする。
【００３４】
【数１０】
0003551661.tif 000011
【００３５】
このとき、演算上の移動体２１の移動速度Ｖｃａｌ（ｔ）は（数１１）で表わされる。
【００３６】
【数１１】
0003551661.tif 000012
【００３７】
時刻ｔ３の時点における移動体２１の実際の速度と演算上の速度との差ΔＶ（ｔ３）は（数１２）により表わされる。
【００３８】
【数１２】
0003551661.tif 000013
【００３９】
このことから、時刻ｔ３の時点における移動体２１の実際の速度と演算上の速度との差ΔＶ（ｔ３）は、時刻ｔ２の時点における移動体２１の実際の速度と演算上の速度との差ΔＶ（ｔ２）に等しいことがわかる。
【００４０】
ΔＶ（ｔ３）について更に計算を続けると、（数１３）のようになる。なお、（数１３）においては、ｔ＝ｔ０〜ｔ１の間はピッチ角誤差が無いので速度誤差も無いことにより、Ｖｃａｌ（ｔ１）＝Ｖ（ｔ１）としている。
【００４１】
【数１３】
0003551661.tif 000014
【００４２】
以上の計算から、ピッチ角算出誤差による移動体２１の移動速度誤差は、ピッチ角誤差が収束した瞬間に演算され、その量は重力加速度の進行方向成分の誤差を積算したものに等しい（図３（ｃ）参照）。
【００４３】
実際のピッチ角は図３に示したように或る区間の間一定ということはなく、図４（ａ）に示すように刻々と変化している。実際の計算では、図４（ｂ）に示すように、ピッチ角誤差が現れたと思われる時点Ａから演算上のピッチ角（ピッチ角算出部２５で算出したピッチ角）に対応する重力の進行方向成分を所定の時間間隔で積算し、（数１３）のｇ・ｓｉｎ（θ２）・ｔに相当する物理量Ｓ１を計算式（数１４）に基づいて計算する。図４（ｂ）の斜線部分３７は（数１４）の計算結果に相当する。
【００４４】
【数１４】
0003551661.tif 000015
【００４５】
次に、ピッチ角誤差が収束したと思われる時点Ｂで、ＡからＢまでのピッチ角は一定であったと仮定し、（数１３）のｇ・ｓｉｎ（θ３）・ｔに相当する物理量Ｓ２を計算式（数１５）に基づいて計算する。そして、時点Ｂで速度誤差量（Ｓ２−Ｓ１）を計算する。図４（ｃ）の網掛け部分３８は（数１５）の計算結果に相当する。
【００４６】
【数１５】
0003551661.tif 000016
【００４７】
次に、速度誤差算出のタイミングについて述べる。上述したことから分かるように、時点Ｂでのピッチ角に誤差が含まれていたら、計算された移動体２１の速度誤差の精度は悪化するので、移動体２１の速度誤差を算出するときのピッチ角は正確なものでなければならない。移動体２１が等速で走行している場合は進行方向加速度はゼロなので、加速度センサ２２で計測される加速度は重力加速度の進行方向成分のみであり、その時の加速度を加重平均して求めたピッチ角は非常に正確である。また、その時の加速センサ２２計測の加速度のばらつきは非常に小さい。そこで、加速度センサ２２で計測される所定時間の加速度を記憶する加速度記憶部２７を備え、また、加速度記憶部２７に記憶された所定時間の加速度のばらつきを統計的に評価する加速度ばらつき評価部２９を備え、加速度ばらつき評価部２９によりばらつきが小さいと判定されたとき（例えば上記等速走行のとき）のみ速度誤差を計算することにより速度誤差計算の信頼性を向上させることができる。
【００４８】
また、ＧＰＳ部３２を備えた場合には、ＧＰＳ部３２による位置情報および速度情報が得られない場合にのみ速度誤差を計算することにより、速度誤差の算出誤差による位置算出の誤差拡大を防止することができる。
【００４９】
なお、本実施の形態では、移動方位算出部２４、ピッチ角算出部２５、速度補正部２８、加速度ばらつき評価部２９、移動距離算出部３０および位置算出部３１をハードウェアで構成したが、これらの全てまたは一部を、ソフトウェアつまりＣＰＵによりプログラムを実行することにより実現してもよい。
【００５０】
以上のように本実施の形態によれば、ピッチ角誤差が収束したと思われる時点、たとえば移動体２１が等速走行に移行した時点でピッチ角算出誤差により生じた移動体２１の速度誤差を補正するようにしたので、移動体２１の高精度な位置算出が可能となり、移動体２１のピッチ角誤差に基づく位置算出精度の悪化を防止することができる。
【００５１】
【発明の効果】
以上のように本発明のナビゲーション装置によれば、記憶されたピッチ角と現在ピッチ角との差に基づき、ピッチ角算出誤差により生じた移動体の速度誤差を速度補正装置で補正することができるので、移動体の高精度な位置算出が可能となり、移動体のピッチ角誤差に基づく位置算出精度の悪化を防止することができるという有利な効果が得られる。
【００５２】
また、加速度センサで計測した加速度を記憶する加速度記憶部と、加速度記憶部に記憶された加速度のばらつきを統計的に評価する加速度ばらつき評価部とを有することにより、統計的に評価された加速度のばらつき具合に応じて移動体の速度誤差の補正を行うことができるので、正確な速度誤差補正を行うことができるという有利な効果が得られる。
【００５３】
さらに、速度補正部は、加速度ばらつき評価部で評価された加速度のばらつきが所定値以下のときのみ移動体の速度誤差を補正することにより、加速度のばらつきが所定値以下という安定した走行状態で移動体の速度誤差の補正を行うことができるので、更に正確な速度誤差補正を行うことができるという有利な効果が得られる。
【００５４】
さらに、移動体の現在位置、移動速度を求めるＧＰＳ部を有することにより、ＧＰＳ部で求めた移動体の現在位置、移動速度を利用することができるので、ＧＰＳ部で求めた移動体の移動速度により速度誤差を補正することができ、速度誤差が拡大しないという有利な効果が得られる。
【００５５】
さらに、速度補正部は、ＧＰＳ部で移動体の現在位置、移動速度が求められないときのみ移動体の速度誤差を補正することにより、速度誤差を補正する速度補正部における算出誤差拡大を防止することができるという有利な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１によるナビゲーション装置を示す概略構成図
【図２】本発明の実施の形態１によるナビゲーション装置を示すブロック図
【図３】（ａ）ピッチ変化を示すピッチ角状態図
（ｂ）ピッチ変化を示すピッチ角状態図
（ｃ）ピッチ変化を示すピッチ角状態図
【図４】（ａ）複雑なピッチ変化を示すピッチ角状態図
（ｂ）複雑なピッチ変化を示すピッチ角状態図
（ｃ）複雑なピッチ変化を示すピッチ角状態図
【図５】従来のナビゲーション装置の概略構成図
【図６】従来のナビゲーション装置を示すブロック図
【図７】位置演算の概念図
【符号の説明】
２１  移動体
２２  加速度センサ
２３  ジャイロセンサ
２４  移動方位算出部
２５  ピッチ角算出部
２６  出力記憶部（ピッチ角記憶部）
２７  出力記憶部（加速度記憶部）
２８  速度補正部
２９  加速度ばらつき評価部
３０  移動距離算出部
３１  位置算出部
３２  ＧＰＳ部
３３  マップマッチング部
３４  地図記憶部
３５  表示部
【図１】
0003551661.tif 000017
【図２】
0003551661.tif 000018
【図３】
0003551661.tif 000019
【図４】
0003551661.tif 000020
【図５】
0003551661.tif 000021
【図６】
0003551661.tif 000022
【図７】
0003551661.tif 000023