(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の加速度を計測する加速度計測手段と、前記加速度計測手段から出力される複数の出力データを記憶する出力記憶手段と、前記出力記憶手段に記憶された出力データの平均値（以下「平均加速度」と称する）を演算する平均加速度演算手段と、前記加速度計測手段により計測した加速度と前記平均加速度演算手段により求めた平均加速度とに基づいて車両の移動距離を演算する移動距離演算手段と、車両の停止状態を判定する停止判定手段とを備え、前記停止判定手段は、車両が停止状態であることを判定したときには前記出力記憶手段への前記加速度計測手段からの出力データの記憶を中止させることを特徴とするナビゲーション装置。
【請求項２】
車両の加速度を計測する加速度計測手段と、前記加速度計測手段から出力される複数の出力データを記憶する出力記憶手段と、前記出力記憶手段に記憶された出力データの平均値（以下「平均加速度」と称する）を演算する平均加速度演算手段と、前記加速度計測手段により計測された加速度と前記平均加速度演算手段により求められた平均加速度とに基づいて車両の移動距離を演算する移動距離演算手段と、車両の角速度を計測する角速度計測手段と、前記角速度計測手段により計測された角速度から車両の移動方位を演算する移動方位演算手段と、前記移動距離演算手段及び前記移動方位演算手段による演算結果に基づいて車両の位置を演算する位置演算手段と、車両の停止状態を判定する停止判定手段とを備え、前記停止判定手段は、車両が停止状態であることを判定したときには前記出力記憶手段への前記加速度計測手段からの出力データの記憶を中止させることを特徴とするナビゲーション装置。
【請求項３】
前記移動距離演算手段は、前記加速度計測手段により計測した加速度と前記平均加速度演算手段により求めた平均加速度との差を車両に係る実際の加速度として用いることを特徴とする請求項１または請求項２記載のナビゲーション装置。
【請求項４】
前記出力記憶手段は、所定の時間における前記加速度計測手段からの出力データを記憶することを特徴とする請求項１または請求項２記載のナビゲーション装置。
【請求項５】
前記停止判定手段は、前記加速度計測手段の出力変化から車両の停止状態を判定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６】
前記停止判定手段は、前記加速度計測手段または前記角速度計測手段のうち、少なくとも一方の出力変化から車両の停止状態を判定することを特徴とする請求項２記載のナビゲーション装置。
【請求項７】
車両の加減速の状態を判定する加減速判定手段を備え、前記平均加速度演算手段は、前記加減速判定手段において加減速の割合が所定の値より小さいと判断したときは、短い時間で前記加速度計測手段から得た出力データより平均加速度を演算し、前記加減速判定手段において加減速の割合が所定の値より大きいと判断したときは、長い時間で前記加速度計測手段から得た出力データより平均加速度を演算することを特徴とする請求項１または請求項２記載のナビゲーション装置。
【請求項８】
前記加減速判定手段は、前記加速度計測手段の出力データの最大値と最小値との差に基づいて、車両の加減速状態を判断することを特徴とする請求項７記載のナビゲーション装置。
【請求項９】
前記加減速判定手段は、前記加速度計測手段の出力データの標準偏差値に基づいて、車両の加減速状態を判断することを特徴とする請求項７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、加速度計測手段の出力データを用いて車両の移動距離を演算するナビゲーション装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
以下に、従来のナビゲーション装置について、図面を参照しながら説明する。
【０００３】
図７は従来のナビゲーション装置の構成ブロック図である。図７において、１０１は車両の進行方向における加速度を検出する加速度センサ、１０２は車両のヨー動作方向における角速度を検出するジャイロセンサ、１０７は加速度センサ１０１の出力データから車両の移動距離を算出する移動距離算出手段、１０８はジャイロセンサ１０２の出力データから車両の移動方位を算出する移動方位算出手段、１０９は移動距離算出手段１０７及び移動方位算出手段１０８の算出結果から車両の位置を演算する演算手段である。
【０００４】
また、１０４は地図データを記憶した地図記憶手段、１０５は表示画面を備えた表示手段、１０６は演算手段１０９から車両の位置情報を得ると、地図記憶手段１０４から所定の領域の地図データを読み出し、車両１００（図８記載）の位置と共に表示手段１０５に表示させる制御手段である。
【０００５】
図８は車両の座標系を示す図である。図８に示すように、水平面内で車両１００の進行方向にＸ軸、これと垂直な方向にＹ軸、さらに車両１００の重力方向にＺ軸をとっている。以下の説明ではＸ軸回りの車両１００の動作をロール動作と称し、ロール動作により車両１００が回転した角度をロール角θｘと称する。同様にＹ軸回りの車両１００の動作をピッチ動作と称し、ピッチ動作により車両１００が回転した角度をピッチ角θｙ、さらにＺ軸回りの車両１００の動作をヨー動作と称し、ヨー動作により車両１００が回転した角度をヨー角θｚと称する。なお、ヨー角θｚは車両１００の進行方向の変化を表すものであり、移動方位θｚとも称する。
【０００６】
以上のように構成されたナビゲーション装置について、加速度センサ１０１及びジャイロセンサ１０２の出力データから、演算手段１０９により車両１００の位置を求める動作について説明する。
【０００７】
図１に示すように、所定の時間周期Δｔ毎に加速度センサ１０１及びジャイロセンサ１０２からデータが演算手段１０９に対して出力される。演算手段１０９は加速度センサ１０１の出力データを加速度Ａｘｎに、ジャイロセンサ１０２の出力データを角速度ωｚｎにそれぞれ換算する。
【０００８】
まず、移動距離算出手段１０７は加速度Ａｘｎを得ると、（数１）によって車両１００の速度ｖｘｎを演算する。ただし、時刻ｎでの速度をｖｘｎ、加速度をＡｘｎ、加速度センサ１０１から出力データを得る時間周期をΔｔとし、ｖｘ０は初期速度である。
【０００９】
【数１】
0003591130.tif 000002
【００１０】
この（数１）によって時間周期Δｔにおける車両１００の速度ｖｘｎが得られると、移動距離算出手段１０７は、（数２）によって時間周期Δｔにおける車両１００の移動距離ΔＤｎを求める。
【００１１】
【数２】
0003591130.tif 000003
【００１２】
また、移動方位算出手段１０８は角速度ωｚｎ得ると、（数３）から時間周期Δｔにおける車両１００の移動方位θｚｎを得る。
【００１３】
【数３】
0003591130.tif 000004
【００１４】
演算手段１０９は、時刻ｎにおける移動距離ΔＤｎ及び移動方位θｚｎを、移動距離算出手段１０７及び移動方位算出手段１０８からそれぞれ得ると、図９に示すような初期位置（ｘ０，ｙ０）からの累積演算を（数４）及び（数５）を用いて実行することにより、時刻ｎにおける車両１００の位置（ｘｎ，ｙｎ）を求める。
【００１５】
【数４】
0003591130.tif 000005
【００１６】
【数５】
0003591130.tif 000006
【００１７】
車両１００の位置（ｘｎ，ｙｎ）が決まると、制御手段１０６は、演算手段１０９で求められた車両１００の位置を、必要があれば地図記憶手段１０４の地図データ上の座標系に変換し、地図データ上に車両１００の位置をマークして表示手段１０５に出力する。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
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１０１を用いて車両１００の移動距離を算出するのであるが、例えば図１０に示すような坂路走行の場合など、加速度センサ１０１により検出される加速度Ａｘｎには、車両１００の進行に伴う加速度ａｘｎ以外に重力加速度Ｇの進行方向成分を含んでいるので、正確な車両１００の加速度を得ることができない。このため、従来では別途設けられた加速度センサまたはジャイロセンサなどによって車両のピッチ角θｙｎを検出して重力加速度の進行方向成分を求め、加速度センサ１０１の検出した加速度Ａｘｎ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。しかしながらこの方法では、加速度センサやジャイロセンサの個数が増えるために装置が高価になるといった問題点を有していた。
【００１９】
本発明は、加速度計測手段を用いて車両の位置演算を行うナビゲーション装置であって、簡素な構成により精度良く位置演算を行うことの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。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために本発明は、車両の加速度を計測する加速度計測手段と、加速度計測手段から出力される複数の出力データを記憶する出力記憶手段と、出力記憶手段に記憶された出力データの平均値（以下「平均加速度」と称する）を演算する平均加速度演算手段と、加速度計測手段により計測した加速度と平均加速度演算手段により求めた平均加速度とに基づいて車両の移動距離を演算する移動距離演算手段と、車両の停止状態を判定する停止判定手段とを備え、停止判定手段は、車両が停止状態であることを判定したときには出力記憶手段への加速度計測手段からの出力データの記憶を中止させることを特徴とする。
【００２１】
これにより、精度良く移動距離を求めることができるナビゲーション装置が得られる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、車両の加速度を計測する加速度計測手段と、加速度計測手段から出力される複数の出力データを記憶する出力記憶手段と、出力記憶手段に記憶された出力データの平均値（以下「平均加速度」と称する）を演算する平均加速度演算手段と、加速度計測手段により計測した加速度と平均加速度演算手段により求めた平均加速度とに基づいて車両の移動距離を演算する移動距離演算手段と、車両の停止状態を判定する停止判定手段とを備え、停止判定手段は、車両が停止状態であることを判定したときには出力記憶手段への加速度計測手段からの出力データの記憶を中止させることを特徴とする構成としたことにより、加速度センサやジャイロセンサなどを別途設けることなく、車両の進行方向における加速度を検出する加速度センサの出力データに含まれる重力加速度の進行方向成分の影響を取り除くことができ、精度の良い移動距離を求めることができる。
【００２３】
本発明の請求項２に記載の発明は、車両の加速度を計測する加速度計測手段と、加速度計測手段の複数の出力データを記憶する出力記憶手段と、出力記憶手段に記憶された出力データの平均値（以下「平均加速度」と称する）を演算する平均加速度演算手段と、加速度計測手段により計測された加速度と平均加速度演算手段により求められた平均加速度とに基づいて車両の移動距離を演算する移動距離演算手段と、車両の角速度を計測する角速度計測手段と、角速度計測手段により計測された角速度から車両の移動方位を演算する移動方位演算手段と、移動距離演算手段及び移動方位演算手段による演算結果に基づいて車両の位置を演算する位置演算手段と、車両の停止状態を判定する停止判定手段とを備え、停止判定手段は、車両が停止状態であることを判定したときには出力記憶手段への加速度計測手段からの出力データの記憶を中止させることを特徴とする構成としたことにより、加速度センサやジャイロセンサなどを別途設けることなく、車両の進行方向における加速度を検出する加速度センサの出力データに含まれる重力加速度の進行方向成分の影響を取り除くことができ、精度の良い移動距離を求めることができ、さらには精度の良い車両の位置を求めることができる。
【００２６】
本発明の請求項７に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、車両の加減速の状態を判定する加減速判定手段を備え、平均加速度演算手段は、加減速判定手段において加減速の割合が小さいと判断したときは、短い時間で加速度計測手段から得た出力データより平均加速度を演算し、加減速判定手段において加減速の割合が大きいと判断したときは、長い時間で加速度計測手段から得た出力データより平均加速度を演算する構成としたことにより、平均加速度の精度向上を図ることができる。
【００２７】
【実施例】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２８】
（実施例１）
図１は本発明の第１の実施例におけるナビゲーション装置の構成ブロック図であり、図２は本発明の第１の実施例におけるナビゲーション装置の車載概念図である。
【００２９】
図１及び図２において、２１は移動体である車両、２２は車両２１の進行方向における加速度を非接触にて測定する加速度センサ、２３は車両２１のヨー角動作、すなわち車両２１の垂直軸回りの回転角速度を非接触にて測定するジャイロセンサ、２４は所定の時間における加速度センサ２２の出力データを記憶する出力記憶手段、２５は出力記憶手段２４に記憶された加速度センサ２２の出力データの平均値を演算する平均加速度演算手段、２６は加速度センサ２２の出力及び平均加速度演算手段２５の出力より車両２１の移動距離を求める移動距離演算手段、２７はジャイロセンサ２３の出力データから車両の移動方位を演算する移動方位演算手段、２８は移動距離演算手段２６及び移動方位演算手段２７の出力から車両２１の位置を演算する位置演算手段、２９はディジタル地図データを記憶した地図記憶手段、３０は車両の位置や地図データなどを表示する表示手段である。
【００３０】
図２に示すように、加速度センサ２２は車両２１の進行方向における加速度を、ジャイロセンサ２３は車両２１のヨー動作方向における角速度をそれぞれ検出可能に車両２１に固定して設置されている。なお、車両２１の移動方位を求めるためにジャイロセンサ２３を用いているが、これに限定されるものではなく、例えば地磁気センサなどであっても良い。
【００３１】
以上のように構成されたナビゲーション装置について、以下にその動作を説明する。
【００３２】
図１及び図２に示すように、車両２１の移動距離を求めるため、車両２１の進行方向における加速度を求め、これを移動距離演算手段２６で２重積分することで移動距離を求めるのであるが、車両２１に設けられた加速度センサ２２の出力データには、車両２１の進行に伴って生じる加速度（以下「実際の加速度」と称する）以外に、車両２１のピッチ動作やロール動作などの要因により生じる地球の重力加速度の進行方向成分が加算されている。よって、車両２１の進行方向における実際の加速度を求めるためには、重力加速度の進行方向成分を加速度センサ２２の出力から差し引かなければならない。
【００３３】
所定の時間周期Δｔ毎に、加速度センサ２２からデータが出力される。この出力データは出力記憶手段２４に記憶される。ここで、時刻ｎにおける車両２１の実際の加速度ａ（ｎ）を求める動作について、以下に説明する。
【００３４】
図３は本発明の第１の実施例における平均加速度についての概念図である。図３に示すように、平均加速度演算手段２５は、時刻ｎでの加速度センサ２２からの出力データＡ（ｎ）を含む出力記憶手段２４に所定の時間Δｔ×Ｎにおいて記憶された加速度センサ２２の出力データの平均値（以下「平均加速度と称する」）Ａａｖｅ（ｎ）を演算する。この平均加速度Ａａｖｅ（ｎ）は、車両２１が所定の時間Δｔ×Ｎにおいて加速と減速をほぼ同じ割合で繰り返した場合、車両２１が移動した場所における加速度センサ２２の出力に含まれる平均の重力加速度の進行方向成分に相当する。
【００３５】
よって、所定の時間Δｔ×Ｎにおける加速度センサ２２の出力をＡ（ｎ）、平均加速度演算手段２５の出力をＡａｖｅ（ｎ）とすると、移動距離演算手段２６は、以下に示す（数６）により車両２１の進行方向における実際の加速度をａ（ｎ）を求めることができる。
【００３６】
【数６】
0003591130.tif 000007
【００３７】
移動距離演算手段２６は進行方向における実際の加速度をａ（ｎ）得ると、従来例の（数１）及び（数２）に示した考え方と同様に、以下の（数７）及び（数８）により車両２１の移動距離ΔＤｎを求める。ただし、ｖｘ（０）は初期速度である。
【００３８】
【数７】
0003591130.tif 000008
【００３９】
【数８】
0003591130.tif 000009
【００４０】
また、移動方位演算手段２７は、時刻ｎにおいてジャイロセンサ２３から出力されるデータを時間軸で積分演算を行なうことにより、車両２１の移動方位θ（ｎ）を以下に示す（数９）により求めることができる。時刻ｎでの移動方位θ（ｎ）、角速度をωｎとする。ただし、初期方位角をθ（０）、データの得られる時間周期をΔｔとする。
【００４１】
【数９】
0003591130.tif 000010
【００４２】
位置演算手段２８は、移動距離演算手段２６から移動距離ΔＤ（ｎ）が、移動方位演算手段２７から移動方位θ（ｎ）がそれぞれ出力されると、以下に示す（数１０）及び（数１１）を用いて車両２１の現在位置（ｘ（ｎ），ｙ（ｎ））を求めることができる。
【００４３】
【数１０】
0003591130.tif 000011
【００４４】
【数１１】
0003591130.tif 000012
【００４５】
なお、上記説明では、加速度センサ２２が１個により構成された場合について説明してきたが、複数個により進行方向における車両２１の加速度を検出する場合でも同様の演算が可能である。
【００４６】
また、本実施例では、出力記憶手段２４は所定の時間において加速度センサ２２から出力されるデータを記憶するようにしているが、これは時間を基準とする区切りに限定されるものではなく、車両の移動距離などを基準としてデータを記憶するようにしても良い。
【００４７】
以上のように本実施例によれば、時刻ｎにおける車両２１の移動距離ΔＤ（ｎ）を求める際、所定の時間Δｔ×Ｎにおける加速度センサ２２の出力データの平均値Ａａｖｅ（ｎ）を求め、これを加速度センサ２２の出力データに含まれる重力加速度の進行方向成分として、そのときの加速度センサ２２の出力値Ａ（ｎ）から差し引くことで、加速度センサ２２の出力に含まれる重力誤差分を取り除くことができ、車両２１に係る実際の加速度ａ（ｎ）を求めることができる。これにより、重力加速度を求めるために別途センサを設ける必要がなく、安価で精度の良い車両２１の位置検出が可能となる。
【００４８】
（実施例２）
図４は本発明の第２の実施例におけるナビゲーション装置の構成ブロック図である。図４において、４１は前回の平均加速度を記憶しておく平均加速度記憶手段、４２は平均加速度記憶手段４１に記憶された前回の平均加速度を基に、今回の平均加速度を求める平均加速度演算手段である。なお、図１と同様の符号を付しているものは第１の実施例において説明しており、本実施例での説明を省略する。
【００４９】
図４に示すように、平均加速度記憶手段４１は前回の平均加速度Ａａｖｅ（ｎ−１）を記憶している。時刻ｎにおいて車両２１に係る実際の加速度ａ（ｎ）を求める際、平均加速度演算手段４２は、前回の平均加速度Ａａｖｅ（ｎ−１）に所定の比率値（１−ｋ）を乗算した結果に、今回の加速度計測手段の出力値Ａ（ｎ）に所定の比率値ｋを乗算した結果を加えることによって、近似値として今回の平均加速度Ａａｖｅ（ｎ）を演算する。これを数式にて示すと、以下の（数１２）のようになる。ただし、時刻ｎにおける加速度センサ２２の出力値をＡ（ｎ）、前回の平均加速度をＡａｖｅ（ｎ−１）、比率値をｋとする。
【００５０】
【数１２】
0003591130.tif 000013
【００５１】
平均加速度Ａａｖｅ（ｎ）を求めたならば、第１の実施例と同様に、移動距離演算手段２６において、（数６）を用いて車両２１に係る実際の加速度ａ（ｎ）を求める。
【００５２】
以上のように本実施例では、前回の平均加速度Ａａｖｅ（ｎ−１）を基にして今回の平均加速度Ａａｖｅ（ｎ）を近似値として演算するので、平均加速度Ａａｖｅ（ｎ）を求める際に、加速度センサ２２の出力値を所定の時間に渡って複数個記憶しておく必要が無く、メモリ容量の節約や演算の処理速度の向上を達成することができる。
【００５３】
（実施例３）
図５は本発明の第３の実施例におけるナビゲーション装置の構成ブロック図である。図５において、５１は車両２１（図２参照）の停止状態を判定する停止判定手段である。本実施例では、加速度センサ２２またはジャイロセンサ２３の出力の変化から車両２１の停止状態を判定するように構成しているが、停止状態の判定方法は他の方法であっても構わない。なお、図１と同様の符号を付しているものは第１の実施例に説明されており、本実施例での説明を省略する。
【００５４】
図５に示すように、車両２１の停止状態について考えると、出力記憶手段２４に記憶される加速度センサ２２の出力データのうち、停止状態のときのデータが多くなるほど、停止している場所での重力加速度分の比率が上昇し、所定の時間走行した場所における平均の重力加速度分が計算されなくなってしまう。そこで、図４に示すように、加速度センサ２２及びジャイロセンサ２３の出力より車両２１の停止状態を判定する停止判定手段５１を設け、停止判定手段５１で車両２１が停止状態であると判定した場合には、加速度センサ２２の出力データの出力記憶手段へのメモリを中止する。
【００５５】
（実施例４）
図６は本発明の第４の実施例におけるナビゲーション装置の構成ブロック図である。図６において、６１は車両２１（図２参照）の加減速状態について判定する加減速判定手段である。加減速判定手段６１は、加速度センサ２２の出力の所定の時間における加速度の変化度合を判定する手段であり、所定の時間における加速度センサ２２の出力値の最大値と最小値との差、または所定の時間における加速度センサ２２の出力値の標準偏差値から判断する。なお、図１と同様の符号を付しているものは第１の実施例に説明されており、本実施例での説明を省略する。
【００５６】
図６に示すように、車両２１の加減速の度合が小さいほど、車両２１は一定速度に近い状態で走行しており、加速度センサ２２の出力は重力加速度分に近い値を示す。このような考え方に基づき、加減速判定手段６１が加速度の変化度合が小さいと判断した場合は、平均加速度演算手段２５で平均加速度を演算するためにサンプリングする時間を短く、逆に、加減速判定手段６１が加速度の変化度合が大きいと判断した場合は、平均加速度演算手段２５で平均加速度を演算するためにサンプリングする時間を長く取ることにより、実際の地形合わせた重力加速度分を正確に出力できるため、走行距離演算の高精度化を図ることができる。
【００５７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、車両の加速度を計測する加速度計測手段と、所定の時間において加速度計測手段からの出力データを記憶しておく出力記憶手段と、出力記憶手段に記憶された出力データを演算して平均加速度を求める平均加速度演算手段と、加速度計測手段により計測された加速度と平均加速度演算手段により求められた平均加速度とに基づき、車両の移動距離を演算する移動距離演算手段と、車両の停止状態を判定する停止判定手段とを備え、停止判定手段は、車両が停止状態であることを判定したときには出力記憶手段への加速度計測手段からの出力データの記憶を中止させることを特徴とする構成としたことにより、高価な加速度センサやジャイロセンサなどを別途設けることなく、加速度計測手段の出力データに含まれる重力加速度の進行方向成分の影響を取り除くことができるので、安価にて精度の良い移動距離を求めることができる。
【００６０】
また、車両の加減速の状態を判定する加減速判定手段を備え、平均加速度演算手段は、加減速判定手段において加減速の割合が小さいと判断したときは、平均加速度を演算するための時間を短く取り、加減速判定手段において加減速の割合が大きいと判断したときは、平均加速度を演算するための時間を長く取る構成としたことにより、平均加速度の精度向上を図ることができ、ひいては精度の良い移動距離を求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例におけるナビゲーション装置の構成ブロック図
【図２】本発明の第１の実施例におけるナビゲーション装置の車載概念図
【図３】図３は本発明の第１の実施例における平均加速度についての概念図
【図４】本発明の第２の実施例におけるナビゲーション装置の構成ブロック図
【図５】本発明の第３の実施例におけるナビゲーション装置の構成ブロック図
【図６】本発明の第４の実施例におけるナビゲーション装置の構成ブロック図
【図７】従来のナビゲーション装置の構成ブロック図
【図８】車両の座標系を示す図
【図９】ナビゲーション装置の位置演算の概念図
【図１０】車両の坂路走行状態を示す図
【符号の説明】
２１  車両
２２  加速度センサ
２３  ジャイロセンサ
２４  出力記憶手段
２５  平均加速度演算手段
２６  移動距離演算手段
２７  移動方位演算手段
２８  位置演算手段
２９  地図記憶手段
３０  表示手段
４１  平均加速度記憶手段
４２  平均加速度演算手段
５１  停止判定手段
６１  加減速判定手段
【図１】
0003591130.tif 000014
【図２】
0003591130.tif 000015
【図３】
0003591130.tif 000016
【図４】
0003591130.tif 000017
【図５】
0003591130.tif 000018
【図６】
0003591130.tif 000019
【図７】
0003591130.tif 000020
【図８】
0003591130.tif 000021
【図９】
0003591130.tif 000022
【図１０】
0003591130.tif 000023