(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体の加速度を検出する加速度センサと、前記加速度センサ出力の加速度の補正を行う速度補正手段を有し、前記補正された加速度から移動体の移動速度を求め、前記移動速度を積算して移動体の移動距離を算出する移動距離算出手段と、移動体のピッチ角速度を検出するピッチ角速度検出部とを有するナビゲーション装置であって、前記検出されたピッチ角速度を所定微小時間だけ積算して得られた所定微小時間積算ピッチ角と基準値とを比較して前記所定微小時間積算ピッチ角を補正するピッチ角判定手段を備えたナビゲーション装置。
【請求項２】
前記ピッチ角判定手段は、前記所定微小時間積算ピッチ角が前記基準値を越えたとき、前記所定微小時間積算ピッチ角を前記基準値に補正する請求項１に記載のナビゲーション装置。
【請求項３】
前記ピッチ角判定手段は、前記所定微小時間積算ピッチ角が前記基準値を越えたとき、前記所定微小時間積算ピッチ角を測定時間当りの平均値に補正する請求項１に記載のナビゲーション装置。
【請求項４】
前記ピッチ角判定手段は、前記所定微小時間積算ピッチ角が前記基準値を越えたとき、前記所定微小時間積算ピッチ角を前記加速度センサ出力の加速度から推測される値に補正する請求項１に記載のナビゲーション装置。
【請求項５】
前記ピッチ角判定手段は、ＣＤ−ＲＯＭに記憶された地図の高度変化情報に基づいて前記基準値を設定する請求項１乃至４のいずれか１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たとえば車両の位置を算出するナビゲーション装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３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３において、Ａは中央制御部、１は車両の進行方向の加速度を非接触にて検出する加速度センサ、２は車両のピッチ動作方向における角速度（ピッチ角速度）を検出するジャイロセンサ（ピッチ角速度検出部）、３は車両のヨー動作方向における角速度（ヨー角速度）を検出するジャイロセンサ、５は加速度センサ１出力の加速度から車両の移動距離を算出する移動距離算出手段、６はジャイロセンサ２出力のピッチ角速度からピッチ角を算出し、加速度センサ１出力の加速度に対してピッチ成分の速度を補正する速度補正手段、７はジャイロセンサ３で検出したヨー角速度から車両の移動方位角（ヨー角）を算出する移動方位算出手段、８は移動距離算出手段５および移動方位算出手段７から出力される車両の移動距離および移動方位角を前回の車両の位置に加算して現在の車両の位置を演算する相対位置演算手段、９は車両の位置情報や地図データなどを表示する表示部、１０はデジタル地図データが記憶された地図記憶部、１１は相対位置演算手段８から出力される車両の位置情報に基づき、その車両の位置が該当する所定の領域の地図データを地図記憶部１０から読み出し、車両の位置情報と地図データとを表示部９に出力する表示制御手段であり、手段５〜８、１１は中央制御部Ａを構成する。
【０００３】
図４はナビゲーション装置の車両搭載状態を示す車載概念図である。図４において、加速度センサ１、ジャイロセンサ２、３は図３と同様のものなので、同一符号を付し、説明は省略する。１２は車両、１３は中央制御部Ａ、表示部９および地図記憶部１０から成る装置本体である。図４に示すように、加速度センサ１は車両１２の進行方向における加速度を検出することができるように車両１２に配置され、ジャイロセンサ２は車両１２のピッチ角速度を検出することができるように、ジャイロセンサ３は車両１２のヨー角速度を検出することができるように配置されている。
【０００４】
以上のように構成、配置されたナビゲーション装置について、その動作を説明する。図３に示すように、加速度センサ１およびジャイロセンサ２、３の出力データから相対位置演算手段８により車両１２の位置の演算を行う。まず、移動距離算出手段５は、所定の周期（所定微小時間）Δｔ毎に加速度センサ１から出力されるデータ（加速度データ）を時間軸で２回積分演算を行う。つまり、（数１）、（数２）の演算を行うことにより、車両１２の速度ｖｎおよび移動距離Δｄｎを得る。ただし、加速度センサ１からデータの得られる時間周期をΔｔ、時刻ｎにおける車両１２の加速度をａｎ、時刻ｎにおける車両１２の速度をｖｎ、時間周期Δｔにおける車両１２の移動距離をΔｄｎ、車両１２の初期速度をＶ０とする。
【０００５】
【数１】
0003791074.tif 000002
【０００６】
【数２】
0003791074.tif 000003
【０００７】
ここで、車両１２がピッチ方向に傾いている場合、加速度センサ１の出力データには重力加速度のピッチ成分が含まれるため、加速度をそのまま用いて計算しては移動距離算出に誤差が生じる。そこで、次に示すような重力加速度成分除去のための補正を速度補正手段６で行う。
【０００８】
速度補正手段６では、ジャイロセンサ２からの出力データ（ピッチ角速度データ）に対して時間軸で積分演算を行う。つまり、（数３）の演算を行うことにより、車両１２のピッチ角（積算ピッチ角）αｎを得る。ただし、ジャイロセンサ２からデータの得られる時間周期をΔｔ、時刻ｎにおける車両１２のピッチ角速度をωｎ、時刻ｎで時間周期Δｔにおける車両１２のピッチ角をαｎ、初期ピッチ角をα０とする。
【０００９】
【数３】
0003791074.tif 000004
【００１０】
この（数３）により求められたピッチ角αｎを用いて（数４）により加速度センサ１出力データの補正を行う。ただし、補正された時刻ｎにおける車両１２の加速度Ａｎ、加速度センサ１から出力された車両１２の加速度をａｎ、重力加速度をｇとする。
【００１１】
【数４】
0003791074.tif 000005
【００１２】
（数４）のＡｎを（数１）、（数２）のａｎに代入して、時刻ｎにおける車両１２の速度Ｖｎと時間周期Δｔにおける車両１２の移動距離ΔＤｎとを得る。これを（数５）、（数６）として示す。
【００１３】
【数５】
0003791074.tif 000006
【００１４】
【数６】
0003791074.tif 000007
【００１５】
次に、移動方位算出手段７は、所定の時間周期（所定微小時間）Δｔ毎にジャイロセンサ３から出力されるデータ（ヨー角速度データ）に対して時間軸で積分演算を行う。つまり、（数７）の演算を行うことにより、車両１２の方位角（積算ヨー角）θｎを得る。ただし、ジャイロセンサ３からデータの得られる時間周期をΔｔ、時刻ｎにおける車両１２の方位角速度（ヨー角速度）をωｎ、時刻ｎで時間周期Δｔにおける車両１２の移動方位角をθｎ、初期方位角をθ０とする。
【００１６】
【数７】
0003791074.tif 000008
【００１７】
図５はナビゲーション装置における位置演算を説明するための位置演算の概念図である。相対位置演算手段８は、前述したように車両１２の移動距離ΔＤｎおよび移動方位角θｎを求めると、図５に示す考え方（移動距離に移動方位角を乗算して所定時間ΔｔにおけるＸ、Ｙ方向の移動距離を求めるという考え方）を用いて、（数８）、（数９）に基づき、車両１２の初期位置から累積演算して車両１２の位置を求める。ただし、時刻ｎにおける車両１２の位置座標を（ｘｎ、ｙｎ）、初期位置を（ｘ０、ｙ０）とする。なお、移動距離算出において、水平面となすピッチ角の影響については考慮されていないが、これは簡単に演算可能であると共にわずかなピッチ角では誤差はあまり生じないので、説明は省略する。
【００１８】
【数８】
0003791074.tif 000009
【００１９】
【数９】
0003791074.tif 000010
【００２０】
相対位置演算手段８からは車両１２の位置データが表示制御手段１１に出力される。表示制御手段１１は、車両１２の位置データを受け取ると、地図記憶部１０から、所定の領域のデジタル地図データを読み出し、表示部９に出力する。
【００２１】
このように、従来のナビゲーション装置では、加速度センサ１による速度算出を精度良く行うために、車両１２のピッチ角を検出するためのジャイロセンサ２からの出力データ（ピッチ角速度データ）により、加速度センサ１からの出力データ（加速度データ）に対して補正を行う。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のナビゲーション装置では、加速度センサ１からの加速度に対して補正を行うためのピッチ角速度を検出するジャイロセンサ２からの出力にドリフト成分があると、ジャイロセンサ２により車両のピッチ角速度を検出しようとする場合、速度補正手段６はジャイロセンサ２の出力データを積算していくため、ジャイロセンサ２の出力ドリフトまで積算されることになり、積算ピッチ角の累積誤差が増大し、速度精度（従って移動距離算出精度）や移動方位角精度が非常に悪くなるという問題点を有していた。
【００２３】
このナビゲーション装置では、積算ピッチ角の累積誤差の増大を防止することができることが要求されている。
【００２４】
本発明は、積算ピッチ角の累積誤差の増大を防止することが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。
【００２５】
【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、移動体の加速度を検出する加速度センサと、加速度センサ出力の加速度の補正を行う速度補正手段を有し、前記補正された加速度から移動体の移動速度を求め、移動速度を積算して移動体の移動距離を算出する移動距離算出手段と、移動体のピッチ角速度を検出するピッチ角速度検出部とを有するナビゲーション装置であって、検出されたピッチ角速度を所定微小時間だけ積算して得られた所定微小時間積算ピッチ角と基準値とを比較して所定微小時間積算ピッチ角を補正するピッチ角判定手段を備えるように構成した。
【００２６】
これにより、積算ピッチ角の累積誤差の増大を防止することができるナビゲーション装置が得られる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、移動体の加速度を検出する加速度センサと、加速度センサ出力の加速度の補正を行う速度補正手段を有し、前記補正された加速度から移動体の移動速度を求め、移動速度を積算して移動体の移動距離を算出する移動距離算出手段と、移動体のピッチ角速度を検出するピッチ角速度検出部とを有するナビゲーション装置であって、検出されたピッチ角速度を所定微小時間だけ積算して得られた所定微小時間積算ピッチ角と基準値とを比較して所定微小時間積算ピッチ角を補正するピッチ角判定手段を備えることとしたものであり、所定微小時間積算ピッチ角が基準値を越えているか否かに応じて補正されるという作用を有する。
【００２８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、ピッチ角判定手段は、所定微小時間積算ピッチ角が基準値を越えたとき、所定微小時間積算ピッチ角を基準値に補正することとしたものであり、所定微小時間積算ピッチ角が基準値を越えたときには基準値に等しい角度に補正されるという作用を有する。
【００２９】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、ピッチ角判定手段は、所定微小時間積算ピッチ角が基準値を越えたとき、所定微小時間積算ピッチ角を測定時間当りの平均値に補正することとしたものであり、所定微小時間積算ピッチ角が基準値を越えたときには測定時間当りの平均値たとえば走行時間における平均値に等しい角度に補正されるという作用を有する。
【００３０】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、ピッチ角判定手段は、所定微小時間積算ピッチ角が基準値を越えたとき、所定微小時間積算ピッチ角を加速度センサ出力の加速度から推測される値に補正することとしたものであり、所定微小時間積算ピッチ角が基準値を越えたときには加速度センサ出力の加速度から推測される値に等しい角度に補正されるという作用を有する。
【００３１】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか１に記載の発明において、ピッチ角判定手段は、ＣＤ−ＲＯＭに記憶された地図の高度変化情報に基づいて基準値を設定することとしたものであり、基準値が適正な値に設定されるという作用を有する。
【００３２】
以下、本発明の実施の形態について、図１、図２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ブロック図である。図１において、加速度センサ１、ジャイロセンサ２、３、移動距離算出手段５、速度補正手段６、移動方位算出手段７、相対位置演算手段８、表示部９、地図記憶部１０、表示制御手段１１は図３と同様のものなので、同一符号を付し、説明は省略する。Ｂは演算、制御の処理を行う中央制御部、４はジャイロセンサ２の出力データ（ピッチ角速度データ）を所定微小時間だけ積算して得られた所定微小時間積算ピッチ角と基準値（閾値）とを比較してジャイロセンサ２の出力データを補正するピッチ角判定手段である。
【００３３】
以上のように構成されたナビゲーション装置について、その動作を説明する。まず、移動距離算出手段５は、加速度センサ１の出力データ（加速度データ）から車両１２の速度を求め、この車両速度を積分することにより車両１２の移動距離を算出し、移動方位算出手段７は、ジャイロセンサ３の出力データ（方位角速度データ）を入力し、この方位角速度を積分することにより車両１２の方位角を算出する。さらに、相対位置演算手段８は、移動距離算出手段５と移動方位算出手段７から出力される車両移動距離と車両方位角から車両１２の位置データを算出し、表示制御手段１１に出力する。このとき、速度補正手段６は、ジャイロセンサ２の出力データから算出した車両１２のピッチ角を用いて、加速度センサ１の出力データを補正する。これらの動作は従来と同様である。
【００３４】
ジャイロセンサ２の出力には通常ドリフト成分が含まれているが、従来は、速度補正手段６でそのドリフト成分も積算され、累積された誤差成分を含んだ車両ピッチ角により加速度センサ１の出力データが補正されていた。このため、移動距離算出手段５により算出した車両１２の移動距離は実際の車両１２の移動距離とは異なって誤差を含むことになり、また、その誤差が累積により増大してしまうという問題点を有していた。このような誤差を除去するためにピッチ角判定手段４を設けた。
【００３５】
次に、ピッチ角判定手段４におけるドリフト成分除去のための補正動作について説明する。時間周期（所定微小時間）Δｔにジャイロセンサ２から得られるピッチ角速度の積分値（所定微小時間積算ピッチ角）をＩｎ、基準値（閾値）をＩｘとする。この閾値Ｉｘは、補正動作が最適動作となるように、実験等により求めた起こり得る最大ピッチ角速度を基準に設定した基準値である。ピッチ角判定手段４は、Ｉｎ≦Ｉｘの場合は、車両１２に通常有り得るピッチ角が発生しているとみなし、ジャイロセンサ２の出力データの積算値（所定微小時間積算ピッチ角）を補正せずに速度補正手段６へ出力する。また、ピッチ角判定手段４は、Ｉｎ＞Ｉｘの場合は、ジャイロセンサ２の出力にドリフト成分を含んでいるため、通常有り得ないピッチ角速度をジャイロセンサ２が出力しているとみなし、次にパターン１〜パターン３として示すような補正値を速度補正手段６へ出力する。どの補正値を選択するかについては、過去の実験データ等からピッチ角の増減がどのような傾向にあるかを判別して決定される。
【００３６】
まずパターン１について説明する。この場合、ピッチ角判定手段４は、ジャイロセンサ２から得られる出力データの積算値（所定微小時間積算ピッチ角）を閾値Ｉｘに補正して（Ｉｎ＝Ｉｘとして）速度補正手段６へ出力する。速度補正手段６は、加速度センサ１出力の加速度をＩｎ＝Ｉｘに基づいて（数４）を用いて補正する。
【００３７】
次にパターン２について説明する。この場合、ピッチ角判定手段４は、ジャイロセンサ２から得られるピッチ角速度の所定微小時間における積算値である所定微小時間積算ピッチ角を測定時間当りの平均値（例えば走行時間における平均値）に補正して速度補正手段６へ出力する。
【００３８】
最後にパターン３について説明する。この場合、ピッチ角判定手段４は、ジャイロセンサ２から得られるピッチ角速度の所定微小時間における積算値である所定微小時間積算ピッチ角を加速度センサ１から推測される値に補正して速度補正手段６へ出力する。例えば加速度センサ１の出力加速度が一定でＩｎ＞Ｉｘの時は、実際は加速度が減少しながらジャイロセンサ２のドリフトが増加していることになるので、所定微小時間積算ピッチ角を減少させていくように補正する。また、加速度センサ１の出力加速度が増加してＩｎ＞Ｉｘの時は、実際は加速度が増加しながらジャイロセンサ２にドリフトが生じていることになるので、所定微小時間積算ピッチ角を閾値Ｉｘで一定になるように補正する。このとき閾値ＩｘとしてＣＤ−ＲＯＭ等の記憶手段に記憶された地図の高度変化情報を用いてもよい。
【００３９】
図２はピッチ角判定手段４の動作を示すフローチャートである。まず、ジャイロセンサ２から出力される所定微小時間のピッチ角速度を積算し、所定微小時間積算ピッチ角Ｉｎを得る（Ｓ１）。次に、所定微小時間積算ピッチ角Ｉｎを閾値Ｉｘとを比較し（Ｓ２）、Ｉｎ≦Ｉｘか否かを判定する（Ｓ３）。Ｉｎ≦Ｉｘの場合には移動距離算出手段５は所定微小時間積算ピッチ角Ｉｎに対して補正をかけることなく（Ｓ４）、速度補正および移動距離算出を行う（Ｓ５）。Ｉｎ≦Ｉｘでない場合には移動距離算出手段５は所定微小時間積算ピッチ角Ｉｎに対して上記パターン１〜３のいずれかのパターンにより補正を行う（Ｓ６）。これを走行時間中、繰り返す（Ｓ２〜Ｓ６）。
【００４０】
このように、ジャイロセンサ２の出力がドリフト成分を含んでいると判定されたときには（Ｉｎ＞Ｉｘのときには）、ピッチ角判定手段４は、パターン１〜３のいずれかにより所定微小時間積算ピッチ角の補正を行うようにしたので、ジャイロセンサ２にドリフトが発生している場合でもドリフト成分がピッチ角として積算されることがなく、したがって、ドリフト成分に基づく積算ピッチ角の誤差累積を防止することができ、移動距離算出における誤差増大を防止することができる。
【００４１】
ジャイロセンサ３についてもジャイロセンサ２と同様のことが言える。この場合は図１のピッチ角判定手段４に相当するものとしてヨー角判定手段（図示せず）をジャイロセンサ３と移動方位算出手段７との間に配置する。ヨー角判定手段は、所定微小時間積算ヨー角が閾値以下か否かを比較し、閾値以下の場合は、車両１２に通常有り得るピッチ角が発生しているとみなし、ジャイロセンサ３の出力データの積算値（所定微小時間積算ヨー角）を補正せずに移動方位算出手段７へ出力する。また、ヨー角判定手段は、所定微小時間積算ヨー角が閾値以下か否かを比較し、閾値を越えている場合は、ジャイロセンサ３の出力にドリフト成分を含んでいるため、通常有り得ないヨー角速度をジャイロセンサ３が出力しているとみなし、所定パターンの補正値を移動方位算出手段７へ出力する。
【００４２】
このように、ジャイロセンサ３の出力がドリフト成分を含んでいると判定されたときには、ヨー角判定手段は、所定パターンにより所定微小時間積算ヨー角の補正を行うようにしたので、ジャイロセンサ３にドリフトが発生している場合でもドリフト成分がヨー角として積算されることがなく、従って、ドリフト成分に基づく積算ヨー角の誤差累積を防止することができ、移動距離算出における誤差増大を防止することができる。
【００４３】
なお、本実施の形態では、中央制御部Ｂの各手段４〜８、１１はハードウェア構成として説明したが、本発明はこれに限らず、各手段４〜８、１１をソフトウェアで構成すること、すなわちＣＰＵがプログラムを実行することにより各手段４〜８、１１を実現するようにしてもよい。
【００４４】
以上のように本実施の形態によれば、ジャイロセンサ２、３の出力がドリフト成分を含んでいると判定されたときには、ピッチ角判定手段４、ヨー角判定手段は、パターン１〜３のいずれかにより又は所定パターンにより所定微小時間積算ピッチ角、所定微小時間積算ヨー角の補正を行うようにしたので、ジャイロセンサ２、３にドリフトが発生している場合でもドリフト成分がピッチ角、ヨー角として積算されることがなく、従って、ドリフト成分に基づく積算ピッチ角、積算ヨー角の誤差累積を防止することができ、移動距離算出における誤差増大を防止することができる。
【００４５】
【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、所定微小時間積算ピッチ角が基準値を越えているか否かに応じて所定微小時間積算ピッチ角を補正することができるので、積算ピッチ角の累積誤差が増大しないように補正することができるという有利な効果が得られる。
【００４６】
また、ピッチ角判定手段は、所定微小時間積算ピッチ角が基準値を越えたとき、所定微小時間積算ピッチ角を基準値に補正することにより、所定微小時間積算ピッチ角が基準値を越えたとき発生していると推定されるドリフト分を上記基準値により減少させることができるので、積算ピッチ角の累積誤差の増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。
【００４７】
さらに、ピッチ角判定手段は、所定微小時間積算ピッチ角が基準値を越えたとき、所定微小時間積算ピッチ角を測定時間当りの平均値に補正することにより、所定微小時間積算ピッチ角が基準値を越えたとき発生していると推定されるドリフト分を上記平均値により減少させることができるので、積算ピッチ角の累積誤差の増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。
【００４８】
さらに、ピッチ角判定手段は、所定微小時間積算ピッチ角が基準値を越えたとき、所定微小時間積算ピッチ角を加速度センサ出力の加速度から推測される値に補正することにより、所定微小時間積算ピッチ角が基準値を越えたとき発生していると推定されるドリフト分を加速度に基づいて減少させることができるので、積算ピッチ角の累積誤差の増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。
【００４９】
さらに、ピッチ角判定手段は、ＣＤ−ＲＯＭに記憶された地図の高度変化情報に基づいて基準値を設定することにより、基準値を適正な値に設定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ブロック図
【図２】図１のナビゲーション装置の動作を示すフローチャート
【図３】従来のナビゲーション装置を示すブロック図
【図４】ナビゲーション装置の車両搭載状態を示す車載概念図
【図５】位置演算の概念図
【符号の説明】
１  加速度センサ
２、３  ジャイロセンサ
４  ピッチ角判定手段
５  移動距離算出手段
６  速度補正手段
７  移動方位算出手段
８  相対位置演算手段
９  表示部
１０  地図記憶部
【図１】
0003791074.tif 000011
【図２】
0003791074.tif 000012
【図３】
0003791074.tif 000013
【図４】
0003791074.tif 000014
【図５】
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