(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体に設けられた加速度センサとＧＰＳ受信機を用いて前記移動体の速度を計測する速度計測方法において、
前記加速度センサのオフセットを、前記ＧＰＳ受信機の受信状況が良好であり、且つＧＰＳ受信機の情報から得られる速度が信頼下限Ｘ［ｋｍ／ｈ］以上であるという第１の条件を満たすときはＧＰＳの速度情報を用いて前記移動体の傾きによる重力加速度成分について補正し、前記第１の条件を満たさないときは前記移動体の傾き変化を検出する角速度センサの検出出力を用いて前記移動体の傾きによる重力加速度成分について補正し、
前記ＧＰＳ受信機の受信状況が良好であるという第２の条件を満たすときは、前記ＧＰＳ受信機で得られた速度情報に基づく速度を速度計測値とし、
前記第２の条件を満たさないときは、前記加速度センサの出力値に基づいて計測された速度を速度計測値とする
ことを特徴とする速度計測方法。
【請求項２】
移動体に設けられた加速度センサとＧＰＳ受信機を用いて前記移動体の速度を計測する速度計測方法において、
前記ＧＰＳ受信機の受信状況が良好であり、且つＧＰＳ受信機の情報から得られる速度が信頼下限Ｘ［ｋｍ／ｈ］以上であるという条件を満たすときは、前記加速度センサのオフセットを、ＧＰＳの速度情報を用いて前記移動体の傾きによる重力加速度成分について補正し、移動体の速度を算出し、
前記条件を満たさないときは、前記加速度センサのオフセットを、傾き変化を検出するセンサの検出出力を用いて前記移動体の傾きによる重力加速度成分について補正し、移動体の速度を算出することを特徴とする速度計測方法。
【請求項３】
前記ＧＰＳ受信機を用いた加速度センサのオフセットの補正は、前記ＧＰＳ受信機により計測された速度情報と、前記加速度センサにより計測される加速度情報のそれぞれの平均値に基づいて行うことを特徴とする請求項１に記載の速度計測方法。
【請求項４】
前記ＧＰＳ受信機を用いた加速度センサのオフセットの補正は、前記ＧＰＳ受信機により計測された速度情報と、前記加速度センサにより計測される加速度情報のそれぞれの平均値に基づいて行うことを特徴とする請求項２に記載の速度計測方法。
【請求項５】
移動体に設けられた加速度センサとＧＰＳ受信機を用いて前記移動体の速度を計測する速度計測装置において、
前記ＧＰＳ受信機の受信状況が良好であり、且つＧＰＳ受信機の情報から得られる速度が信頼下限Ｘ［ｋｍ／ｈ］以上であるという第１の条件を満たすときに、加速度センサとＧＰＳ受信機で得られた速度情報に基づいて加速度センサの傾きによる重力加速度成分を補正したオフセットを算出する第１の補正手段と、
前記第１の条件を満たさないときに、傾き変化を検出する角速度センサにより得られた情報に基づいて加速度センサの傾きによる重力加速度成分を補正したオフセットを算出する第２の補正手段と、
前記ＧＰＳ受信機の受信状況が良好であるという第２の条件を満たすときは、前記第１の補正手段で算出された加速度センサのオフセットを用いて速度を算出し、前記ＧＰＳ受信機の速度情報が前記第２の条件を満たさないときは、前記第２の補正手段で算出された加速度センサのオフセットを用いて速度を算出する速度算出手段と
を備えたことを特徴とする速度計測装置。
【請求項６】
前記ＧＰＳ受信機を用いた加速度センサのオフセットの補正は、ＧＰＳ受信機により計測された速度情報と、前記加速度センサにより計測される加速度情報のそれぞれの平均値に基づいて行うことを特徴とする請求項５に記載の速度計測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は移動体、例えば自動車の速度計測に適用される速度計測装置および速度計測方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、移動体の速度を計測する装置としては、例えば加速度センサを利用して移動体の速度を計測する速度計測速度があった。この速度計測装置では、移動体に加速度センサを設け、加速度センサの出力である加速度に移動時間をかけて移動体の移動速度を計測していた。
【０００３】
また衛星からの衛星電波を受信して移動体の方位、位置、速度に関する情報を得るグローバルポジショニングシステム（以下、ＧＰＳと称する）による計測装置や、該ＧＰＳと前記加速度センサを組み合わせた計測装置があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の加速度センサを利用した速度計測装置では、振動や温度変化などの外乱、傾きによる重力加速度の影響など誤差要因が多く、加速度センサだけで速度を算出するのは難しかった。
【０００５】
また、ＧＰＳの情報により速度を算出することができるが、低速時や、ＧＰＳが受信できない時などは速度が算出できなく、装置としては成り立たなかった。
【０００６】
さらに、加速度センサとＧＰＳを組み合わせた速度計測装置においても、ＧＰＳを補間するため常に傾き（装置の設置方法による傾き、前述装置の搭載される移動体の傾き、前述移動体の進む路面の傾き等）による重力加速度の影響を計算しておく必要があり、角度センサや角速度センサなどの傾きを検出できるセンサでは、温度変化によるドリフトや振動などの外乱により誤差が大きくなってしまう問題点があった。
【０００７】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものでその目的は、ＧＰＳの情報を利用するとともに、ＧＰＳの情報が利用できないときであっても、重力加速度の影響をキャンセルし、精度の高い速度を計測することができる速度計測方法および速度計測装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
（１）本発明の速度計測方法は、移動体に設けられた加速度センサとＧＰＳ受信機を用いて前記移動体の速度を計測する速度計測方法において、前記加速度センサのオフセットを、前記ＧＰＳ受信機の受信状況が良好であり、且つＧＰＳ受信機の情報から得られる速度が信頼下限Ｘ［ｋｍ／ｈ］以上であるという第１の条件を満たすときはＧＰＳの速度情報を用いて前記移動体の傾きによる重力加速度成分について補正し、前記第１の条件を満たさないときは前記移動体の傾き変化を検出する角速度センサの検出出力を用いて前記移動体の傾きによる重力加速度成分について補正し、前記ＧＰＳ受信機の受信状況が良好であるという第２の条件を満たすときは、前記ＧＰＳ受信機で得られた速度情報に基づく速度を速度計測値とし、前記第２の条件を満たさないときは、前記加速度センサの出力値に基づいて計測された速度を速度計測値とすることを特徴とし、
また、移動体に設けられた加速度センサとＧＰＳ受信機を用いて前記移動体の速度を計測する速度計測方法において、前記ＧＰＳ受信機の受信状況が良好であり、且つＧＰＳ受信機の情報から得られる速度が信頼下限Ｘ［ｋｍ／ｈ］以上であという条件を満たすときは、前記加速度センサのオフセットを、ＧＰＳの速度情報を用いて前記移動体の傾きによる重力加速度成分について補正し、移動体の速度を算出し、前記条件を満たさないときは、前記加速度センサのオフセットを、傾き変化を検出するセンサの検出出力を用いて前記移動体の傾きによる重力加速度成分について補正し、移動体の速度を算出することを特徴とし、
前記ＧＰＳ受信機を用いた加速度センサのオフセットの補正は、前記ＧＰＳ受信機により計測された速度情報と、前記加速度センサにより計測される加速度情報のそれぞれの平均値に基づいて行うことを特徴としている。
【０００９】
（２）本発明の速度計測装置は、移動体に設けられた加速度センサとＧＰＳ受信機を用いて前記移動体の速度を計測する速度計測装置において、前記ＧＰＳ受信機の受信状況が良好であり、且つＧＰＳ受信機の情報から得られる速度が信頼下限Ｘ［ｋｍ／ｈ］以上であるという第１の条件を満たすときに、加速度センサとＧＰＳ受信機で得られた速度情報に基づいて加速度センサの傾きによる重力加速度成分を補正したオフセットを算出する第１の補正手段と、前記第１の条件を満たさないときに、傾き変化を検出する角速度センサにより得られた情報に基づいて加速度センサの傾きによる重力加速度成分を補正したオフセットを算出する第２の補正手段と、前記ＧＰＳ受信機の受信状況が良好であるという第２の条件を満たすときは、前記第１の補正手段で算出された加速度センサのオフセットを用いて速度を算出し、前記ＧＰＳ受信機の速度情報が前記第２の条件を満たさないときは、前記第２の補正手段で算出された加速度センサのオフセットを用いて速度を算出する速度算出手段とを備えたことを特徴とし、
前記ＧＰＳ受信機を用いた加速度センサのオフセットの補正は、ＧＰＳ受信機により計測された速度情報と、前記加速度センサにより計測される加速度情報のそれぞれの平均値に基づいて行うことを特徴としている。
【００１０】
（３）本発明の速度計測方法および速度計測装置において、加速度センサのオフセットは、ＧＰＳ受信機が利用できる場合も、利用できない場合も、装置の設置方法による傾き、前述装置の搭載される移動体の傾き、前述移動体の進む路面の傾き等による重力加速度成分が補正される。このため常に精度の高い速度を計測することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態例を説明する。図１は本発明の実施形態の基本構成例として、速度計測装置１０をナビゲーションシステム１９と接続した場合のブロック図を示している。
【００１２】
図１において、速度計測装置１０は、ＧＰＳアンテナ１１と、ＧＰＳアンテナ１１から受信した信号をデコードする周知のＧＰＳ用のＧＰＳ受信機１２と、移動体の加速度を静電容量方式により計測する加速度センサ１３と、移動体の進行方向の傾き変化の角速度を検出する角速度センサ１４と、加速度センサ１３および角速度センサ１４からのアナログ出力の加速度値及び角速度値をディジタル値に変換するＡ／Ｄコンバータ１５と、ＧＰＳ受信機１２からの情報及び加速度センサ１３および角速度センサ１４からのディジタルの加速度値、角速度値に基づいて加速度センサのオフセット等を演算するマイクロプロセッサユニットから成る演算処理部１６と、演算処理部１６の演算処理のためにＧＰＳ受信機１２からの情報及び加速度センサ１３及び角速度センサ１４からのディジタルの加速度値、角速度値のデータを一時的に格納するメモリ１７と、演算処理部１６で演算された速度データや位置データを外部のナビゲーションシステム１９に出力するためのインターフェースを行う通信部１８とを備えて構成される。
【００１３】
ここで、ＧＰＳ受信機１２は接続したアンテナ１１によって衛星から４波のＧＰＳ電波Ｗａ，Ｗｂ，Ｗｃ，Ｗｄを受信し、この受信位置の経度、緯度、高度の絶対座標および時刻の情報と、対地絶対速度情報を出力するように構成されている。また、加速度センサ１３は、加速度＝力／質量の関係を利用して加速度を計測するものであり、力を計測する変換器として、例えば板バネで支持された質量の変位をコンデンサに蓄積される静電容量の変化として計測する静電容量方式を用いたものである。
【００１４】
ナビゲーションシステム１９は、速度計測装置１０から供給された移動体の速度データとＧＰＳデータをもとに移動体の現在位置を地図データ上に表示すると共に、経度、緯度、高度、日時の表示、目的地までの方位、距離、推定到着時刻、推定到着所要時間等のＧＰＳデータの表示を行う。
【００１５】
前記演算処理部１６は、ＧＰＳ受信機１２からの絶対的な速度情報を用いて、加速度センサ１３、角速度センサ１４の出力値を考慮に入れながら加速度センサ１３の適切なオフセットを算出し、そのオフセットを用いて移動体の速度を算出するものである。
【００１６】
例えば、移動体が上り坂道等を移動する場合に加速度センサの出力値が重力加速度の影響で大きくなっても、ＧＰＳ受信機１２からの絶対的な速度情報を用いることにより、適切なオフセットを算出することができる。また同様にして、温度変化によるオフセット変動も演算することができる。
【００１７】
尚、演算処理部１６の機能は、ナビゲーションシステム１９の中にある演算処理部で行ってもかまわない。また速度計測装置１０はナビゲーションシステム１９の中に取り込まれてもかまわない。
【００１８】
図２に速度計測装置１０に搭載される加速度センサ１３と角速度センサ１４の検出する運動方向を示す。加速度センサ１３は移動体２０の進行方向（２２）の加速度を検出する。角速度センサ１４は移動体２０の進行方向の傾き変化（２１）の角速度を検出する。
【００１９】
本発明では、移動体の移動速度を算出するにあたって、主にＧＰＳからの情報を利用して速度を算出し、ＧＰＳ情報が得られない時や、ＧＰＳ情報から求まる速度精度が取れない時などは、加速度センサ情報を利用して速度を算出する。この際、加速度センサのオフセットは重力加速度を考慮に入れた適切な値であり、移動体の進んでいる路面等の状況によって、逐次、算出される必要がある。
【００２０】
以下に、重力加速度を考慮に入れた加速度センサのオフセット算出方法を記す。
【００２１】
［ＧＰＳ情報が利用できる時：ＧＰＳ情報を利用する速度算出方法］
まず図３に、本実施の形態の坂道での移動体の状態を示す。図３において、移動体２０が水平面に対して角度θ［ｒａｄ］だけ傾斜した坂道２３上を移動するときに、移動体２０の移動による坂道２３の上方向の加速度の他に重力加速度ｇによる坂道２３の下方向の重力加速度成分ｇ＊ｓｉｎθが生じる。このように、移動体２０が水平面に対してθだけ傾斜した坂道２３を移動する場合には、加速度センサ１３に加わる加速度のうち、移動体２０の加速度と移動体２０の傾きθによる重力加速度成分をオフセットとして分離することが必要となる。
【００２２】
加速度センサ１３からの出力に基づいて演算処理部１６において、移動体の速度ｖを算出するには、次の（１）式により演算される。
【００２３】
ｖ＝ａｓ＊ｔ…（１）
ここでｖ［ｍ／ｓ］は速度、ａｓ［ｍ／ｓ2］は重力加速度成分ｇ＊ｓｉｎθ［ｍ／ｓ2］を除いた加速度、ｔ［ｓ］は時間である。
【００２４】
また、重力加速度成分ｇ＊ｓｉｎθを除いた加速度ａｓは、次の（２）式により演算される。
【００２５】
ａｓ＝Ａｓ−ｇ＊ｓｉｎθ＝（Ｖｏｕｔ−Ｖｏｆｆｓｅｔ）／Ｓ＊ｇ…（２）
ここで、Ｖｏｕｔは加速度センサの出力［ｍＶ］、Ｖｏｆｆｓｅｔは重力加速度成分を考慮した加速度センサのオフセット［ｍＶ］、Ｓは加速度センサの感度［ｍＶ／Ｇ］、ｇは１Ｇ当たりの重力加速度［ｍ／ｓ2］、Ａｓは重力加速度成分を含む加速度［ｍ／ｓ2］、θは傾き角度［ｒａｄ］である。尚加速度センサのオフセットＶｏｆｆｓｅｔは、路面の状況に応じて変わる値である。
【００２６】
例えば移動体が斜面を上昇するときはオフセットＶｏｆｆｓｅｔは重力加速度成分だけ上昇し、移動体が斜面を下降するときはオフセットＶｏｆｆｓｅｔは重力加速度成分だけ下降する。
【００２７】
ここで、加速度センサ１３で算出した加速度ａｓがＧＰＳ受信機１２の速度情報から算出した加速度ａｇ［ｍ／ｓ2］に等しいから、次の（３）式が成立する。
【００２８】
ａｓ＝ａｇ…（３）
前記（２）、（３）式から次の（４）式が求められる。
【００２９】
ａｇ＝（Ｖｏｕｔ−Ｖｏｆｆｓｅｔ）／Ｓ＊ｇ…（４）
したがって（４）式から次の（５）式が求められる。
【００３０】
Ｖｏｆｆｓｅｔ＝Ｖｏｕｔ−ａｇ＊Ｓ／ｇ…（５）
また、ＧＰＳ受信機１２からの速度ｖｇ［ｍ／ｓ］はＧＰＳ受信機１２からの加速度ａｇから次の（６）式により求められる。
【００３１】
ｖｇ＝ａｇ＊ｔ…（６）
したがって（５）式、（６）式から次の（７）式が求められる。
【００３２】
Ｖｏｆｆｓｅｔ＝Ｖｏｕｔ−ｖｇ＊Ｓ／ｇ／ｔ…（７）
このようにして、（７）式から移動体２０の加速度と移動体２０の傾きθによる重力加速度成分の速度をオフセットＶｏｆｆｓｅｔとして分離することができる。
【００３３】
更に（５）式および（７）式に示すオフセットは、ＧＰＳデータから求められる速度、加速度に数パーセントの範囲で誤差があるので、数秒間だけ演算処理部１６において平均化して次の（８）式及び（９）式を求めることにより、一層、速度計測精度、安定性を向上させることができる。また、ＧＰＳ受信機１２において衛星からのＧＰＳデータの受信状況が良いときにＧＰＳ受信機１２からの加速度ａｇのデータを取り入れるようにする。
【００３４】
”Ｖｏｆｆｓｅｔ”＝”Ｖｏｕｔ”−”ａｇ”＊Ｓ／ｇ…（８）
”Ｖｏｆｆｓｅｔ”＝”Ｖｏｕｔ”−”ｖｇ”＊Ｓ／ｇ／ｔ…（９）
ただし、Ｓ，ｇは一定であり、”Ｖｏｆｆｓｅｔ”はある時間での加速度センサのオフセットＶｏｆｆｓｅｔの平均値、”Ｖｏｕｔ”はある時間での加速度センサの出力Ｖｏｕｔの平均値、”ｖｇ”はある時間でのＧＰＳ受信機１２からの速度ｖｇの平均値である。”ａｇ”はある時間でのＧＰＳ受信機１２からの加速度ａｇの平均値である（”ｖｇ”＝”ａｇ”×ｔ）。
【００３５】
上述したように（５）式および（７）式から加速度センサの理論上の速度のオフセットは求められるが、（８）式および（９）式からある時間での加速度センサのオフセットの平均値”Ｖｏｆｆｓｅｔ”を利用したほうが、ノイズ等の影響が少なくなり、誤差の少ない良好な速度計測値が得られる。このようにしてえらえた加速度センサのオフセットの平均値”Ｖｏｆｆｓｅｔ”を起動時のデータから順次バッファリングして、（１）式および（２）式に順次代入して演算することにより、速度が求められる。
【００３６】
［ＧＰＳ情報が利用できない時］
図３において坂道２３で移動体２０が受ける重力加速度は坂道の斜度をθ［ｒａｄ］、１Ｇ当たりの重力加速度をｇ［ｍ／ｓ2］とすると
ｇ＊ｓｉｎθ［ｍ／ｓ2］        …………（１０）
である。
【００３７】
この重力加速度を考慮に入れた加速度センサオフセットをＶｏｆｆｓｅｔθ［ｍＶ］とすると、加速度センサに加わる傾き変化による重力加速度の変化を示す図４においては、斜面２４の斜度がθ１［ｒａｄ］、θ２［ｒａｄ］にある時の加速度センサオフセットはそれぞれＶｏｆｆｓｅｔθ１［ｍＶ］、Ｖｏｆｆｓｅｔθ２［ｍＶ］となる。
【００３８】
ここで、斜面２４が斜度θ１からθ２に変化した（移動した）とすると、斜度θ２で加速度センサ１３に加わる重力加速度は斜度θ１の時に比べ、
ｇ＊ｓｉｎθ３［ｍ／ｓ2］        …………（１１）
だけ、増加している。但し、θ３＝θ２−θ１［ｒａｄ］，ｃｏｓθ１≒１，ｃｏｓθ３≒１。
よって、斜度θ２の時、計測される加速度より前記（１１）式分の加速度を引かなければならない。従って、斜度θ２の時の加速度は、
（Ｖｏｕｔ−Ｖｏｆｆｓｅｔθ１）／Ｓ＊ｇ−ｇ＊ｓｉｎθ３［ｍ／ｓ2］                                    …………（１２）
で表せる。ここでＶｏｕｔは加速度センサ出力［ｍＶ］、Ｓは加速度センサ感度［ｍＶ／Ｇ］を各々表している。
【００３９】
前記（１２）式を変形すると、
（Ｖｏｕｔ−（Ｖｏｆｆｓｅｔθ１＋Ｓ＊ｓｉｎθ３））／Ｓ＊ｇ［ｍ／ｓ2］      …………（１３）
よって、斜度θ２の時、加速度センサオフセットＶｏｆｆｓｅｔθ２は
Ｖｏｆｆｓｅｔθ２＝Ｖｏｆｆｓｅｔθ１＋Ｓ＊ｓｉｎθ３［ｍＶ］…………（１４）
となる。実際に、Ｖｏｆｆｓｅｔθ１は、加速度センサの初期値（システム起動時の加速度センサ出力）や、移動体が停止している時の加速度センサ出力や、ＧＰＳ情報と加速度センサ出力で求められた加速度センサオフセット（［前記ＧＰＳ情報を利用する速度算出方法］）を用いる。またθ３は角速度センサ情報によって求める。
【００４０】
求まった加速度センサオフセットＶｏｆｆｓｅｔθ２を用いて、速度を算出すると、
ｖ＝ａ＊ｔ＝（Ｖｏｕｔ−Ｖｏｆｆｓｅｔθ２）／Ｓ＊ｇ＊ｔ［ｍ／ｓ］
…………（１５）
となる。ただしｖは速度［ｍ／ｓ］、ａは加速度［ｍ／ｓ2］、ｔは時間（秒）［ｓ］である。
【００４１】
以上のように、加速度センサの重力加速度を考慮したオフセットは、ＧＰＳを補間するために、常に、計算し更新しておかなければならない。
【００４２】
この加速度センサオフセット補正は、例えば、図５（ａ）に示すように移動体２０が道路２５をＡ４からＦ４までを走行したとすると、補正される加速度センサオフセットのグラフは図５（ｂ）のようになる。
【００４３】
すなわちＡ４〜Ｂ４区間での加速度センサオフセット電圧はＶ１、Ｂ４〜Ｃ４区間での加速度センサオフセット電圧はＶ２、Ｃ４〜Ｄ４区間での加速度センサオフセット電圧はＶ１、Ｄ４〜Ｅ４区間での加速度センサオフセット電圧はＶ０、Ｅ４〜Ｆ４区間での加速度センサオフセット電圧はＶ１、のそれぞれの値となる。
【００４４】
ここでＡ４〜Ｂ４区間を移動体２０が走行中の加速度センサオフセット電圧Ｖ１と、Ｂ４〜Ｃ４区間を移動体２０が走行中の加速度センサオフセット電圧Ｖ２との差は、Ａ４〜Ｂ４区間とＢ４〜Ｃ４区間との角度差θ４分の重力加速度成分ｇ＊ｓｉｎθ４の影響によるものである。
【００４５】
次に図６に速度計測装置１０の機能ブロック図を示す。図６（ａ）において、移動体２０の進行方向（２２）に加わる加速度に応じてアナログ電圧が出力される加速度センサ１３からの加速度センサ出力データと、移動体２０の進行方向の傾き変化（２１）の角速度に応じてアナログ電圧が出力される角速度センサ１４からの角速度センサ出力データと、ＧＰＳ受信機１２の情報から得られる速度情報を各データ取得手段３０によって取得し、その各データを記憶手段（メモリ）１７で、一時、記憶する。
【００４６】
記憶された各データを用いて、重力加速度の影響を考慮に入れた加速度センサのオフセットを計算する。ＧＰＳ情報による速度が有効に使用できる場合（場合１）は、ＧＰＳと加速度センサによる加速度センサオフセット算出手段３１で、重力加速度の影響を考慮に入れた加速度センサオフセットを算出する（前述した［ＧＰＳ情報が利用できる時：ＧＰＳ情報を利用する速度算出方法］の項で述べた方法による）。
【００４７】
またＧＰＳ情報による速度が有効に使用できない場合（場合２）は、角速度センサによる加速度センサオフセット算出手段３２で、重力加速度の影響を考慮に入れた加速度センサオフセットを算出する（前述した［ＧＰＳ情報が利用できない時］の項で述べた方法による）。速度算出手段３３では、ＧＰＳ情報による速度が有効に使用できる場合（場合３）、その速度を速度計測装置１０が計測する速度とし、ＧＰＳ情報による速度が有効に使用できない場合（場合４）、ＧＰＳと加速度センサによる加速度センサオフセット算出手段３１、あるいは、角速度センサによる加速度センサオフセット算出手段３２で求めた加速度センサオフセットを用いて速度を算出し、その速度を速度計測装置１０が計測する速度とする。
【００４８】
また、上述の場合１と場合２の条件と、場合３と場合４の条件は異なってもかまわない。
【００４９】
例えば、
場合１：ＧＰＳの受信良好、かつ、ＧＰＳ情報から求まる速度が１０ｋｍ／ｈ以上
場合２：場合１以外
場合３：ＧＰＳの受信良好
場合４：場合３以外
という、異なる条件でもかまわない。
【００５０】
尚ＧＰＳと加速度センサによる加速度センサオフセット算出手段３１は図６（ｂ）のように構成されている。すなわち、記憶手段１７に記憶されたＧＰＳ受信機１２からの速度情報を基に平均値を算出するＧＰＳ加速度（速度）平均算出手段３４と、記憶手段１７に記憶された加速度センサ出力値を基に平均を算出する加速度センサ出力平均算出手段３５とＧＰＳ加速度（速度）平均値と加速度センサ出力平均値とを用いて、加速度センサオフセットを算出する加速度センサオフセット算出手段３６とから成る。
【００５１】
例えば、各データ取得手段３０における加速度センサ１３からの加速度センサ出力値データおよびＧＰＳ受信機１２からの速度情報の各データのサンプリング時間をｔ、サンプリング時間ｔの期間に取得できるデータの数をｘ、加速度センサの出力値をｓｖｄ１，ｓｖｄ２，・・・ｓｖｄｘ、ＧＰＳ受信機１２からの速度データをｇｖｄ１，ｇｖｄ２，・・・ｇｖｄｘ、加速度センサ出力平均算出手段３５における加速度センサの出力平均値を”ｓｖｄ”、ＧＰＳ加速度（速度）平均算出手段３４におけるＧＰＳ受信機１２からの速度データ平均値を”ｇｖｄ”、ＧＰＳ加速度（速度）平均算出手段３４におけるＧＰＳ受信機１２からの加速度データ平均値を”ｇａｄ”とすると、加速度センサの出力平均値”ｓｖｄ”は以下の（１６）式、ＧＰＳ受信機１２からの速度データ平均値”ｇｖｄ”は以下の（１７）式、ＧＰＳ受信機１２からの加速度データ平均値”ｇａｄ”は以下の（１８）式により、それぞれ求められる。
【００５２】
”ｓｖｄ”＝（ｓｖｄ１＋ｓｖｄ２＋・・・＋ｓｖｄｘ）／ｘ…（１６）
”ｇｖｄ”＝（ｇｖｄ１＋ｇｖｄ２＋・・・＋ｇｖｄｘ）／ｘ…（１７）
”ｇａｄ”＝（ｇｖｄｘ−ｇｖｄ１）／ｔ／ｘ…（１８）
また、加速度センサオフセット算出手段３６における加速度センサオフセットをＳＤｏｆｆｓｅｔとすると、（８）式、（１６）式および（１８）式より、加速度センサオフセットＳＤｏｆｆｓｅｔは以下の（１９）式により求められる。
【００５３】
ＳＤｏｆｆｓｅｔ＝”ｓｖｄ”−”ｇａｄ”＊Ｓ／ｇ…（１９）
また（９）式、（１６）式および（１７）式より、加速度センサオフセットＳＤｏｆｆｓｅｔは以下の（２０）式により求められる。
【００５４】
ＳＤｏｆｆｓｅｔ＝”ｓｖｄ”−”ｇｖｄ”＊Ｓ／ｇ／ｔ…（２０）
従って、（１）式および（２）式から速度算出手段３３における速度ｖｅｌｏｃｉｔｙは、加速度センサの出力をＳＤｏｕｔとすると、以下の（２１）式により求められる。
【００５５】
ｖｅｌｏｃｉｔｙ＝（ＳＤｏｕｔ−ＳＤｏｆｆｓｅｔ）／Ｓ＊ｇ＊ｔ…（２１）
このようにして、（１９）式または（２０）式から重力加速度成分や温度ドリフトの影響を削除するような加速度センサのオフセットを逐次算出し、更新することによって精度の高い速度を算出することができる。
【００５６】
次に図７に速度計測装置１０が速度を算出するフローチャートを示す。
【００５７】
このフローチャートは、上述の場合１と場合２の条件と場合３と場合４の条件が同じ場合である。
【００５８】
まずステップＳ１で、加速度センサオフセットと速度の初期値を代入する。加速度センサオフセット初期値はシステム起動時の加速度センサ出力値を、速度は０ｋｍ／ｈを代入する。
【００５９】
次にステップＳ２で、加速度センサ、角速度センサ、ＧＰＳデータの取込（メモリ１７への格納）を行う。
【００６０】
ステップＳ３では、ＧＰＳ情報から求まる速度の信頼性を検査する。ＧＰＳは良好に測位していて、かつ、ＧＰＳ情報から求まる速度がある一定の速度以上であることが信頼性ありの条件になっている。
【００６１】
これは、ＧＰＳ情報から求まる速度は、良好にＧＰＳデータを受信していても低速度においては誤差が大きいからである。
【００６２】
ステップＳ４では、ステップＳ３でＧＰＳ情報から求まる速度の信頼性があると判断した場合、ＧＰＳデータと加速度センサデータを用いて加速度センサのオフセットを算出する（後述の図８のフローに沿って実行する）。
【００６３】
次にステップＳ５では、ステップＳ３でＧＰＳ情報から求まる速度の信頼性があると判断したので、ＧＰＳデータを用いて速度を算出する。
【００６４】
またステップＳ６では、ステップＳ３でＧＰＳ情報から求まる速度の信頼性がないと判断した場合、速度計測装置１０（または、速度計測装置１０を搭載した移動体）が移動中か停止中か判断する。
【００６５】
その結果ステップＳ７では、ステップＳ６で速度計測装置１０（または、速度計測装置１０を搭載した移動体）が停止していると判断した場合、その時の加速度センサと角速度センサの出力値をそれぞれ加速度センサと角速度センサのオフセットとして更新する。
【００６６】
次にステップＳ８では、ステップＳ６で速度計測装置１０（または、速度計測装置１０を搭載した移動体）が停止していると判断したので、速度を０ｋｍ／ｈとする。
【００６７】
またステップＳ９では、ステップＳ３でＧＰＳ情報から求まる速度の信頼性がないと判断し、かつ、ステップＳ６で速度計測装置１０（または、速度計測装置１０を搭載した移動体）が移動していると判断した場合、角速度センサデータを用いて加速度センサのオフセットを更新する。
【００６８】
ステップＳ１０では、ステップＳ３でＧＰＳ情報から求まる速度の信頼性がないと判断し、かつ、ステップＳ６で速度計測装置１０（または、速度計測装置１０を搭載した移動体）が移動していると判断したので、加速度センサの出力値と重力加速度の影響を考慮した加速度センサのオフセットを利用して速度を算出する。
【００６９】
ステップＳ１１では、ステップＳ５、または、ステップＳ８、または、ステップＳ１０で算出した速度をカーナビゲーションシステム１９へ出力する。
【００７０】
またＧＰＳ情報が信頼できるとき（ステップＳ４，Ｓ５）に、図６のＧＰＳと加速度センサによる加速度センサオフセット算出手段３１を用いてオフセットを算出する場合の動作を図８のフローチャートに示す。図８において、ステップＳ２１で加速度センサオフセットの初期値算出を行う。具体的には、演算処理部１６の加速度センサオフセット算出手段３６が加速度センサ出力平均算出手段３５からの数秒間の平均値を採用して加速度センサオフセットの初期値を算出する。
【００７１】
ステップＳ２２でカウンタｉに０を代入する。具体的には、演算処理部１６の加速度センサオフセット算出手段３６において加速度センサオフセットを算出する際に用いる加速度センサ出力平均算出手段３５およびＧＰＳ加速度（速度）平均算出手段３４における平均値の基となるデータ個数をカウントするカウンタをリセットする。
【００７２】
ステップＳ２３で加速度センサデータとＧＰＳ速度データの取り込みを行う。具体的には、各データ取得手段３０において加速度センサ１３からの加速度センサ出力値データおよびＧＰＳ受信機１２からの速度情報を取得して記憶手段としてのメモリ１７に記憶する。
【００７３】
ステップＳ２４でＧＰＳ受信機１２の受信状況が適性であるかとＧＰＳ速度データの信頼下限Ｘ［ｋｍ／ｈ］以上であるか否かを判断する。具体的には、各データ取得手段３０がＧＰＳ受信の受信状況とＧＰＳ速度データの信頼下限Ｘを条件として、データを採用するか否かを決定する。これは、ＧＰＳ受信機１２がＧＰＳデータを受信していないときやＧＰＳの速度データが低速時には、誤差が大きくなってしまうため補正データとして使用しないようにするためである。
【００７４】
ステップＳ２４でＧＰＳ受信機１２の受信状況が適性、かつ、ＧＰＳ速度データの信頼下限Ｘ以上のときは、ステップＳ２５でｉ番目のデータバッファに信頼できるＧＰＳ速度データとそのときの加速度センサデータとを格納する。具体的には、信頼できるＧＰＳ加速度（速度）平均算出手段３４およびそのときの加速度センサ出力平均算出手段３５における平均値の基となるデータ個数をカウントするカウンタバッファに加速度センサデータとＧＰＳ速度データを格納する。
【００７５】
ステップＳ２６でカウンタｉをカウントアップする。具体的には、カウンタｉを格納したデータの数だけ順次インクリメントする。また、ステップＳ２４でＧＰＳ受信機１２の受信状況が適性、かつ、ＧＰＳ速度データの信頼下限Ｘ以上でないときは、ステップＳ２７でＧＰＳ速度データが信頼できないので、カウンタｉに０を代入する。具体的にはカウンタｉをリセットする。
【００７６】
ステップＳ２８でカウンタｉはサンプルデータ個数Ｙと同じ値であるか否かを判断する。具体的には、加速度センサ出力平均算出手段３５およびＧＰＳ加速度（速度）平均算出手段３４のカウンタｉが、予め設定したサンプル個数Ｙ（データ個数）だけ、データがカウンタｉに格納されたか否かを判断する。格納されていないときはステップＳ２３に戻り、ステップＳ２３からステップＳ２８までの処理および判断を繰り返す。
【００７７】
ステップＳ２９でＧＰＳ加速度（速度）平均算出を行う。具体的には、ＧＰＳ加速度（速度）平均算出手段３４において、データが予め設定されたサンプル回数Ｙ（データ個数）だけ、データがカウンタバッファｉに格納された場合、それらのデータを基に、（１７）式または（１８）式に基づいてＧＰＳ加速度（速度）平均を算出する。
【００７８】
ステップＳ３０で加速度センサ出力平均算出を行う。具体的には、カウンタバッファｉに格納されたデータを基に、加速度センサ出力平均算出手段３５が（１６）式に基づいて加速度センサ出力平均を算出する。
【００７９】
ステップＳ３１で加速度センサオフセット算出を行う。具体的には、ステップＳ２９およびステップＳ３０で算出されたＧＰＳ加速度（速度）平均値および加速度センサ出力平均値を基に、加速度センサオフセット算出手段３６が（１９）式または（２０）式に基づいて加速度センサオフセットを算出する。
【００８０】
ステップＳ３２でカウンタｉにサンプルデータ個数Ｙ−１を代入する。そしてステップＳ２３に戻り、ステップＳ２３からステップＳ３２までの処理および判断を繰り返す。
【００８１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば次のような優れた効果が得られる。
（１）主にＧＰＳの情報から求まる高精度な速度を利用し、ＧＰＳが受信できない時などは加速度センサから求まる速度を利用することにより、常に、速度を計測でき、また、加速度センサのみの速度計測装置やＧＰＳのみの速度計測装置と比べて速度精度が高精度になる。
【００８２】
（２）ＧＰＳの情報や加速度センサの情報を用いて、重力加速度の影響や、加速度センサの温度変化等によるドリフトの影響をキャンセルした加速度センサのオフセットを算出することができ、ＧＰＳが受信できない時にも、角速度センサなどの角度変化を検出できるセンサによって重力加速度の影響をキャンセルした加速度センサのオフセットを算出することができる。よって、常に、最適な加速度センサのオフセットを用いることにより、速度精度が向上する。
【００８３】
（３）従来まで、カーナビゲーションシステムにおいて自律航法をするにあたっては車両側からの車速パルスを接続する必要があったが、本発明によれば車速パルスの接続は不要である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態例のシステム基本構成を示すブロック図。
【図２】本発明の実施形態例の加速度センサ、角速度センサの検出する運動方向を示す説明図。
【図３】本発明の実施形態例の坂道での移動体の状態を示す説明図。
【図４】本発明の実施形態例の加速度センサに加わる傾き変化による重力加速度の変化を示す説明図。
【図５】本発明の実施形態例の加速度センサオフセットと傾きとの関係を表し、（ａ）は移動体の状態を示す説明図、（ｂ）は傾きに対応するオフセットの様子を示す特性図。
【図６】本発明の実施形態例の機能ブロック図。
【図７】本発明の実施形態例の速度計測の動作を示すフローチャート。
【図８】本発明の実施形態例の加速度センサオフセットの算出の動作を示すフローチャート。
【符号の説明】
１１…ＧＰＳアンテナ、１２…ＧＰＳ受信機、１３…加速度センサ、１４…角速度センサ、１５…Ａ／Ｄコンバータ、１６…演算処理部、１７…メモリ、１８…通信部、１９…ナビゲーションシステム、２０…移動体、２１…角度センサの検出する運動方向、２２…加速度センサの検出する運動方向、２３…坂道、２４…斜面、２５…道路、３０…各データ取得手段、３１…ＧＰＳと加速度センサによる加速度センサオフセット算出手段、３２…角速度センサによる加速度センサオフセット算出手段、３３…速度算出手段、３４…ＧＰＳ加速度平均算出手段、３５…加速度センサ出力平均算出手段、３６…加速度センサオフセット算出手段。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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