(57)【要約】【課題】振動子に働く転向力に基づいて角速度を検出するナビゲーション装置において、設置角度に起因する検出精度の低下を防止するナビゲーション装置を提供する。【解決手段】ナビゲーション装置１は、振動子に働く転向力に基づく角速度として電圧を出力する角速度検出手段の基準角度に対する設置角度を認識し（ステップＳ１）、認識した設置角度に応じて増幅率を導出し（ステップＳ２）、角速度検出手段から出力される出力電圧を、ゲインコントロールアンプにより、導出した増幅率に基づいて増幅し（ステップＳ３）、増幅した出力電圧の値をＡ／Ｄ変換回路によりデジタルデータに変換し、角速度を示すデジタルデータに基づいてナビゲーション処理を実行する。【選択図】図４
2008014663.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両について検出した角速度を電気量として出力する角速度検出手段と、該角速度検出手段から出力する電気量をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換手段とを備え、デジタルデータに変換した角速度に基づいて自らの位置を推定する車載型のナビゲーション装置において、
前記角速度検出手段からＡ／Ｄ変換手段へ出力される電気量を増幅する増幅手段と、
車両に対する自らの設置角度を認識する認識手段と、
認識した設置角度に応じて前記増幅手段の増幅率を導出する導出手段と
を備え、
前記増幅手段は、前記導出手段が導出した増幅率に基づいて出力電圧を増幅するように構成してある
ことを特徴とするナビゲーション装置。
【請求項２】
前記導出手段は、設置角度に起因する電気量の低下を補正すべく増幅率を導出する様に構成してあることを特徴とする請求項１に記載のナビゲーション装置。
【請求項３】
前記認識手段は、設置角度の検出又は設置角度の入力の受け付けにより、設置角度を認識する様に構成してあることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のナビゲーション装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両について検出した角速度に基づいて自らが搭載されている車両の位置を検出するナビゲーション装置に関し、特に設置角度に関わらず高精度に角速度を検出することが可能なナビゲーション装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両に搭載され、車両の位置から目的地までの経路を表示した地図を出力するナビゲーション装置が普及している。ナビゲーション装置では、搭載された車両の位置を検出する機能を有し、また記録媒体に記録されている地図データに含まれた道路情報に基づく計算条件に従って、検出した車両位置から目的地までの経路を導出し、導出した経路を地図上に表示すると共に、画像及び音声を出力することで走行を支援する。
【０００３】
車載型ナビゲーション装置は、ＧＰＳ(Global Positioning System) により車両の絶対位置を検出する方法、車両の移動量を導出することにより車両の位置を検出する自立航法、そしてＧＰＳ及び自立航法を併用して車両の位置を検出するハイブリッド航法が実用化されている。自立航法及び自立航法を応用したハイブリッド航法では、車速パルスにより検出する車両の走行距離、加速度センサにより検出する車両の加速度、角速度センサにより検出する車両の方位等の各種検出データ及び地図データに基づいて車両位置を検出（推定）する。
【０００４】
車両の方位を検出する角速度センサは、棒状又は音叉状の振動子（振動ジャイロ）を振動させ、振動する振動子に働く転向力（コリオリ力）を検出することにより、角速度を検出する。振動子に働く転向力は、圧電素子等の素子にて電圧に変換され、Ａ／Ｄ変換器に角速度として出力される。そして出力電圧をＡ／Ｄ変換したデジタルデータは、角速度を示すデータとして車両位置の検出に用いられる（例えば特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００４−２８８４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながらナビゲーション装置は、車両に搭載する場合、車両のインスツルメントパネルの形状等の要因により、必ずしも水平等の本来の設置角度で設置されるとは限らず、車両の前後方向へ傾斜した状態で設置されることもある。水平等の本来の設置角度でナビゲーション装置が設置された場合に、角速度センサの振動子は、転向力の影響が最大となるように設計されているため、ナビゲーション装置が傾斜して設置された場合、設置角度に応じて振動子に働く転向力は小さくなり、これにより出力電圧が低下して出力電圧の変化幅が小さくなる。例えば設置角度が基準となる本来の設置角度から３０〜４５度傾斜した場合、出力電圧が１５〜３０％程度低下するため、Ｓ／Ｎ比の低下及び分解能の低下を招き、これにより角速度（方位）の検出精度が低下するという問題がある。
【０００６】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、設置角度に応じて導出した増幅率に基づき出力電圧等の電気量を増幅することにより、角速度の検出精度の低下を防止するナビゲーション装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１発明に係るナビゲーション装置は、車両について検出した角速度を電気量として出力する角速度検出手段と、該角速度検出手段から出力する電気量をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換手段とを備え、デジタルデータに変換した角速度に基づいて自らの位置を推定する車載型のナビゲーション装置において、前記角速度検出手段からＡ／Ｄ変換手段へ出力される電気量を増幅する増幅手段と、車両に対する自らの設置角度を認識する認識手段と、認識した設置角度に応じて前記増幅手段の増幅率を導出する導出手段とを備え、前記増幅手段は、前記導出手段が導出した増幅率に基づいて出力電圧を増幅するように構成してあることを特徴とする。
【０００８】
第２発明に係るナビゲーション装置は、第１発明において、前記導出手段は、設置角度に起因する電気量の低下を補正すべく増幅率を導出する様に構成してあることを特徴とする。
【０００９】
第３発明に係るナビゲーション装置は、第１発明又は第２発明において、前記認識手段は、設置角度の検出又は設置角度の入力の受け付けにより、設置角度を認識する様に構成してあることを特徴とする。
【００１０】
本発明に係るナビゲーション装置では、設置角度に応じて導出した増幅率に基づいて、電圧等の電気量を増幅することにより、角速度検出手段が受ける転向力の低下に起因する電気量の低下及びその変化幅の狭小化を補正し、本来の基準となる角度で設置された場合の電気量をＡ／Ｄ変換手段へ出力することができるので、Ｓ／Ｎ比の低下及び分解能の低下を防止し、これにより角速度の検出精度を維持することが可能である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係るナビゲーション装置は、角速度検出手段が検出した角速度を電圧等の電気量として出力し、車両に対する自らの設置角度を認識し、認識した設置角度に応じて電気量の増幅率を導出し、導出した増幅率で電気量を増幅し、増幅した電気量の値をＡ／Ｄ変換手段にてデジタルデータに変換し、デジタルデータに変換した角速度に基づいて自らの位置を推定する。
【００１２】
この構成により、本発明では、角速度検出手段に対する転向力の設置角度に応じた検出可能な転向力の低下に起因する電気量の低下及びその変化幅の狭小化を補正する。特に設置角度に起因する電気量の低下を補正すべく導出した増幅率にて電気量を増幅することにより、本来の基準となる角度で設置された場合の電気量をＡ／Ｄ変換手段へ出力することができるので、Ｓ／Ｎ比の低下及び分解能の低下を防止し、これにより角速度の検出精度を維持することが可能である等、優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。図１は、本発明のナビゲーション装置の構成例を示すブロック図である。図１中１は、本発明の車載型のナビゲーション装置であり、車両のインスツルメントパネル（以下、インパネという）等の運転者が視認可能な位置に設置される。
【００１４】
ナビゲーション装置１は、装置全体を制御するＣＰＵ(Central Processing Unit) 及びその周辺回路等の制御手段と、制御手段により実行されるコンピュータプログラム及びデータ等の各種情報を記録しているハードディスク及びＲＯＭ(Read Only Memory)等の記録手段と、記録手段に記録されているコンピュータプログラムの実行時に一時的に発生するデータを記憶するＳＲＡＭ(Static Random Access Memory) 等の記憶手段とを有する制御部１０を備えている。
【００１５】
さらに本発明のナビゲーション装置１は、ＧＰＳ(Global Positioning System) により絶対位置を検出して制御部１０へ出力するＧＰＳ受信部１１と、走行距離を検出して制御部１０へ出力する距離検出部１２と、角速度を検出して制御部１０へ出力する角速度検出部１３と、加速度を検出して制御部１０へ出力する加速度検出部１４と、マンマシンインタフェースとなる入出力部１５と、ＣＤ(Compact Disc)、ＤＶＤ(Digital Versatile Disc)、ハードディスク等の記録媒体２から地図データを読み取って制御部１０へ出力する地図データ処理部１６とを備えている。
【００１６】
距離検出部１２は、車速パルスを取得する車速パルス取得手段１２１と、車速パルス取得手段１２１が取得した車速パルスを処理して車両の走行距離を導出する距離処理手段１２２とを有している。
【００１７】
角速度検出部１３は、棒状又は音叉状の振動子（振動ジャイロ）及び振動中の振動子に対して働く転向力（コリオリ力）を検出して角速度（方位変動量）を示す電圧に変換する圧電素子を含む角速度検出手段１３１と、角速度検出手段１３１から出力される電圧を増幅してデジタルデータに変換する変換手段１３２と、変換手段１３２から出力されるデジタルデータを処理して車両の角速度を導出する角速度処理手段１３３と、変換手段１３２により増幅される電圧の増幅率を導出する増幅率導出手段１３４とを有している。
【００１８】
加速度検出部１４は、車両の加速度を検出する加速度検出手段１４１と、加速度検出手段１４１が検出した加速度を処理して制御部１０にて処理可能な形式に変換した車両の加速度を導出する加速度処理手段１４２とを有している。
【００１９】
入出力部１５は、映像を出力するＬＣＤ(Liquid Crystal Display)等の表示手段１５１と、運転者等の操作者の操作を受け付ける押釦等の操作手段１５２と、音声を出力するスピーカ等の音声出力手段１５３とを備えている。なお表示手段１５１及び操作手段１５２の機能を有する液晶タッチパネルを用いる様にしても良い。
【００２０】
地図データ処理部１６は、地図データを記録しているＣＤ、ＤＶＤ、ＨＤ等の記録媒体２と、記録媒体２から地図データを読み取って制御部１０にて処理可能な形式の地図データに変換する地図データ処理手段１６１とを有している。
【００２１】
図２は、本発明のナビゲーション装置１が備える角速度検出部１３に係る力を模式的に示す説明図である。図２は、車両のインパネに傾けて設置された状態のナビゲーション装置１を左側面から示している。図２に向かって右端がナビゲーション装置１の前面であり、表示手段１５１及び操作手段１５２を有するフロントパネルを備える入出力部１５が配設されている。またナビゲーション装置１は、角速度検出部１３を備え、図２に示す例において、角速度検出部１３は、音叉状の振動子を含む角速度検出手段１３１を有している。
【００２２】
図２に示したナビゲーション装置１は、前後方向及び左右方向が水平となるように設置した状態で動作する様に設計されているが、図２に示す使用例では、前後方向が、基準となる水平方向に対して角度θに傾斜して設置されている。またナビゲーション装置１が角度θで傾斜して設置されることにより、角速度検出手段１３１も基準となる角度から角度θで傾斜した状態となる。
【００２３】
図中両矢印で示す方向に車両が旋回した場合、角速度検出手段１３１の振動子に対して、旋回軸と直角をなす水平方向の転向力が発生し、角速度検出手段１３１は、ナビゲーション装置１が基準となる水平に設置された場合に、振動子が受ける転向力が最大となる様に設計されている。角速度検出手段１３１が基準となる角度から角度θで傾斜している場合、角速度検出手段１３１が検出する転向力は、傾斜角度θに応じて小さくなる。具体的には、角速度検出手段１３１が本来検出すべき転向力をＦc とすると、角速度検出手段１３１を角度θ傾斜させることにより、角速度検出手段１３１が検出する転向力は、Ｆc ×ｃｏｓ（θ）となる。角速度検出手段１３１が検出する転向力の低下に応じて、角速度検出手段１３１から出力される出力電圧が低下する。
【００２４】
図３は、本発明のナビゲーション装置１が備える角速度検出部１３の構成例を示すブロック図である。ナビゲーション装置１は、前述した様に振動子を用いた角速度検出手段１３１、変換手段１３２、角速度処理手段１３３及び増幅率導出手段１３４を備えている。
【００２５】
変換手段１３２は、角速度処理手段１３３から角速度として出力される出力電圧を増幅するゲインコントロールアンプ（増幅手段）１３２１と、ゲインコントロールアンプ１３２１により増幅された出力電圧の値をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換回路１３２２とを有しており、変換手段１３２は、増幅してデジタルデータに変換した角速度を角速度処理手段１３３へ出力する。
【００２６】
増幅率導出手段１３４は、ナビゲーション装置１の基準となる角度に対する設置角度、即ち角速度検出手段１３１の基準角度に対する設置角度を認識する角度認識回路１３４１と、角度認識回路１３４１が認識した設置角度に応じてゲインコントロールアンプ１３２１の増幅率を導出する増幅率導出回路１３４２とを備えている。
【００２７】
角度認識回路１３４１は、インパネに設置する台座とナビゲーション装置１本体とを咬合する歯車等の機械機構、水準器等の物理機構等の機構により、設置角度を自主的に検出する角度センサが認識した設置角度、又は運転者等の操作者が行う設置角度の入力操作を入出力部１５が受け付けることにより認識した設置角度を、増幅率の導出に要する角度として認識する。
【００２８】
前述した様に、ナビゲーション装置１が傾斜して設置された場合、即ち角速度検出手段１３１が傾斜して設置された場合、角速度検出手段１３１から出力する出力電圧が低下するので、角速度検出手段１３１は、設計上の本来の検出精度で角速度を検出することができなくなる。そこで本発明では、設置角度に起因する角速度検出手段１３１から出力する出力電圧の低下を補正すべく、ゲインコントロールアンプ１３２１により出力電圧を増幅する。
【００２９】
角速度検出手段１３１が本来検出すべき転向力をＦc とすると、角速度検出手段１３１を角度θ傾斜させることにより、角速度検出手段１３１が検出する転向力は、Ｆc ×ｃｏｓ（θ）となる。角速度検出手段１３１の出力電圧は、転向力に比例するので、基準角度で設置した場合の出力電圧をＶo とし、ナビゲーション装置１（角速度検出手段１３１）の設置角度をθとすると、設置角度θにおける出力電圧Ｖt は、下記の式１として示すことができる。
【００３０】
Ｖt ＝Ｖo ×ｃｏｓ（θ）  …式１
但し、Ｖt ：出力電圧
Ｖo ：基準角度で設置した場合の出力電圧
θ  ：設置角度
【００３１】
式１に示す様に角速度検出手段１３１から出力される出力電圧は、ｃｏｓ（θ）の低下率で低下するので、出力電圧の増幅率（アンプゲイン）Ａg を下記の式２として設置角度θから導出することにより、出力電圧の低下を防止することができる。
【００３２】
Ａg ＝１／ｃｏｓ（θ）  …式２
但し、Ａg ：増幅率（アンプゲイン）
【００３３】
式１に示す出力電圧Ｖt に式２に示す増幅率Ａg を乗じて出力電圧を補正する場合、補正値Ｖt'は、下記の式３として示す様に基準となる角度で設置した場合の出力電圧Ｖo と等しくなり、出力電圧の低下に起因する検出精度の低下を抑制することができる。本発明の補正は、デジタルデータに変換後の角速度を制御部１０にて拡大するのではなく、Ａ／Ｄ変換回路１３２２に出力する電圧を増幅するので、Ａ／Ｄ変換時に生じる量子化誤差を最小限に抑えることができ、検出精度の低下を抑制することができる。
【００３４】
Ｖt'＝Ｖt ×Ａg
＝Ｖo ×ｃｏｓ（θ）  ×  １／ｃｏｓ（θ）
＝Ｖo                                       …式３
【００３５】
次に本発明のナビゲーション装置１の処理について説明する。図４は、本発明のナビゲーション装置１の処理を示すフローチャートである。ナビゲーション装置１は、角速度検出部１３が有する増幅率導出手段１３４の角度認識回路１３４１により、角速度検出手段１３１の基準角度に対する設置角度を認識する（ステップＳ１）。なお設置角度の認識は、角度センサによる設置角度の検出又は入出力部１５による設置角度の入力操作の受け付けに基づいて行われる。
【００３６】
そしてナビゲーション装置１は、角速度検出手段１３が有する増幅率導出手段１３４の増幅率導出回路１３４２により、認識した設置角度に応じてゲインコントロールアンプ１３２１の増幅率を導出する（ステップＳ２）。ステップＳ２において導出される増幅率は、前述の式２に基づいて、設置角度に起因する出力電圧の低下を補正すべく導出する。
【００３７】
そしてナビゲーション装置１は、角速度検出手段１３１から出力される出力電圧を、ゲインコントロールアンプ１３２１により導出した増幅率に基づいて増幅し（ステップＳ３）、増幅した出力電圧の値をＡ／Ｄ変換回路１３２２によりデジタルデータに変換し、角速度として角速度処理手段１３３へ出力する。そして処理部１０は、角速度処理手段１３３の処理に基づき角速度検出部１３から角速度を示すデジタルデータを処理部１０へ出力し、処理部１０は、受け付けたデジタルデータに基づいてナビゲーション処理を実行する。
【００３８】
次に本発明のナビゲーション装置１の処理を具体的な実施例を挙げて説明する。ナビゲーション装置１が基準となる角度で設置されている場合、即ち設置角度θ＝０である場合、角速度検出手段１３１が検出する転向力は、下記の式４として示すことができる。
【００３９】
Ｆc ×ｃｏｓ（θ）＝Ｆc   …式４
【００４０】
ここで転向力Ｆc を電圧に変換する場合の変換定数である比例定数をＫとすると、角速度検出手段１３１から出力される出力電圧Ｖt は、下記の式５として示すことができる。
【００４１】
Ｖt ＝Ｋ×Ｆc ＝Ｖo   …式５
但し、Ｋ：変換定数（比例定数）
【００４２】
またナビゲーション装置１が設置角度θ＝２０度で設置されている場合、角度検出手段１３１が検出する転向力は、下記の式６となる。
【００４３】
Ｆc ×ｃｏｓ（θ）≒０．９４×Ｆc   …式６
【００４４】
この場合、角速度検出手段１３１から出力される出力電圧Ｖt は、下記の式７となる。
【００４５】
Ｖt ＝Ｋ×Ｆc ×ｃｏｓ（θ）≒０．９４×Ｋ×Ｆc ＝０．９４×Ｖo   …式７
【００４６】
ここで角速度検出手段１３１から出力される本来の出力値、即ち設置角度θ＝０である場合の出力値は、出力電圧範囲が０〜５Ｖ、中点電位が２．５Ｖ、感度０．０２５Ｖ／ｄｅｇ／ｓｅｃとし、０〜５Ｖの範囲の出力電圧を１２ｂｉｔのデジタルデータに変換するとする。この場合、１ＬＳＢ(Least Significant Bit) は、０．００１２Ｖとなり、１ＬＳＢあたりの角速度は、０．０４９ｄｅｇ／ｓｅｃとなる。
【００４７】
設置角度θ＝２０度の場合で、本発明のナビゲーション装置１に係る出力電圧の増幅処理を適用しないとすると、式７から出力電圧範囲が０．９４倍となるので、中点電位を２．５Ｖに維持するとすると、出力電圧範囲は、０．１５〜４．８５Ｖとなり、１ＬＳＢあたりの角速度は、０．０４５ｄｅｇ／ｓｅｃとなり、検出精度が低下する。
【００４８】
出力電圧範囲の狭小化に伴い低下したデジタルデータとしての検出精度は、デジタルデータに変換した後で補正したとしても、内包している量子化誤差を抑制することができない。本発明のナビゲーション装置１は、出力電圧を増幅することにより、即ち設置角度に基づき狭小化した出力電圧範囲を、本来の出力電圧範囲である０〜５Ｖにまで拡大することになるので、Ａ／Ｄ変換時に生じる量子化誤差を最小限に抑制し、検出精度の低下を防止する。
【００４９】
前記実施の形態では、角速度を電圧に変換して出力する角速度検出手段を用いる形態を示したが、本発明はこれに限らず、電流、電気容量等の様々な電気量に変換する角速度検出手段を用いることが可能である。
【００５０】
前記実施の形態は、本発明のナビゲーション装置の無数にある形態の一例を示したに過ぎず、本発明のナビゲーション装置は、設置角度に応じて導出した増幅率に基づいて角速度検出手段から出力される出力電圧を増幅した上でＡ／Ｄ変換するという本発明の特徴を有していれば良く、例示した形態以外の様々な形態に展開することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明のナビゲーション装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】本発明のナビゲーション装置が備える角速度検出部に係る力を模式的に示す説明図である。
【図３】本発明のナビゲーション装置が備える角速度検出部の構成例を示すブロック図である。
【図４】本発明のナビゲーション装置の処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５２】
１  ナビゲーション装置
１０  制御部
１１  ＧＰＳ受信部
１２  距離検出部
１３  角速度検出部
１４  加速度検出部
１５  入出力部
１６  地図データ処理部
１３１  角速度検出手段
１３２  変換手段
１３３  角速度処理手段
１３４  増幅率導出手段
１３２１  ゲインコントロールアンプ
１３２２  Ａ／Ｄ変換回路
１３４１  角度認識回路
１３４２  増幅率導出回路
【図１】
2008014663.tif 000003
【図２】
2008014663.tif 000004
【図３】
2008014663.tif 000005
【図４】
2008014663.tif 000006