JP2007178138A - 角速度センサユニットの出力補正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】１回の角速度入力で少なくとも２つの角速度センサの搭載誤差を補正できる角速度センサユニットの出力補正方法を提供する。
【解決手段】少なくとも２つの角速度センサユニットを静止状態とした時の各角速度センサの出力より中点を決定するステップと、検出対象軸の２軸とは非平行かつ非直交の入力軸まわりに角速度センサユニットを所定の角速度で回転したときの少なくとも２つの角速度センサの実際のセンサ出力値と入力軸まわりに所定の角速度で回転したときに角速度センサのパッケージへの搭載誤差がなく各角速度センサが検出する軸と検出対象軸が一致するときの理想の角速度センサ出力値と比較して、各角速度センサのパッケージへの搭載誤差による補正値を算出するステップと、中点及び補正値に基づいて、角速度センサユニットが検出対象物に取り付けられたときに角速度センサの出力値を補正するステップとを具備する。
【選択図】図９

Description

本発明は、検出対象物に取り付けられ、互いに直交する３軸のうち少なくもと２軸を検出対象軸とし、該検出対象軸を中心とする角速度を検出する少なくとも２つの角速度センサを有し、前記角度センサを一つのパッケージに収容する角速度センサユニットの出力補正方法に関する。

車両や飛行体等の位置や姿勢の観測のために、角速度及び加速度等の測定が行われ、そのために、角速度センサや加速度センサ等を有する慣性センサが用いられている。ヨーレートセンサ、ピッチレートセンサ及びロールレートセンサ等の各角速度センサは、パッケージ内の所定の位置に配置される。そして、慣性センサユニットは車両や飛行体等の検出対象物に取り付けられ、慣性センサユニット内の各角速度センサにより検出されたヨーレート、ロールレート及びピッチレートの角速度センサ等のセンサ出力に基づいて、車両や飛行体等の姿勢や速度等が制御される。

各角速度センサはパッケージ内の所定位置に搭載されるが、角速度センサのパッケージへの搭載誤差が通常生じる。角速度センサの搭載誤差があると、そのずれによりセンサの検出誤差が発生することから、誤差補正を行う必要がある。センサの誤差補正に係る先行技術として、特許文献１がある。

特許文献１では、３軸の加速度センサが搭載された傾斜測定装置を６面体の一面部に固定し、６面体を９０°回転して６面体の全ての面について各軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の加速度センサデータを取得し、全ての加速度センサデータをもとに各軸の重力加速度の他軸に対する感度を演算し、補正データを算出することが記載されている。

また、３軸角速度センサ及び３軸方向の加速度センサが同一のパッケージに収容された慣性センサユニットにおいて、加速度センサにより検出される車両の前後方向の加速度は車両が走行している道路勾配の影響を受けて、真値からずれることから、正確な加速度検出値を得る先行技術として、特許文献２がある。

特許文献２では、車両の車体に固定された車体座標系を車体が傾斜していない状態に対応した基準座標系に変換して、基準座標系でのピッチレート、ロールレート、ヨーレートに基づいて、前後加速度の検出誤差を補正することが記載されている。
特開平１０−２６７６５１号公報 特開２００４−１５０９７３号公報

しかしながら、特許文献１では、６面体を９０°回転して６面全てについて、各軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ）のセンサデータを取得して、補正データを算出することから、各回転について回転誤差があり、回転誤差が累積されることにより、補正データの精度が悪化するという問題点があった。また、６面体を全ての面について、３軸の加速度センサ出力を取得する必要があることから補正データの取得に係る作業が面倒であるという問題点がある。

特許文献２では、道路勾配による加速度の真値からの誤差を補正することはできるが、慣性センサユニット内に収容された各角速度センサの搭載誤差による補正を行うことはできない。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、１回の角速度入力で少なくとも２つの角速度センサの搭載誤差を補正できる角速度センサユニットの出力補正方法を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明によると、検出対象物に取り付けられ、互いに直交する３軸のうち少なくとも２軸を検出対象軸とし、該検出対象軸を中心とする角速度を検出する少なくとも２つの角速度センサを有し、前記少なくとも２つの角度センサを一つのパッケージに収容する角速度センサユニットの出力補正方法であって、前記少なくとも２つの角速度センサユニットを静止状態とした時の前記各角速度センサの出力より中点を決定するステップと、前記検出対象軸の２軸とは非平行かつ非直交の入力軸まわりに前記角速度センサユニットを所定の角速度で回転したときの前記少なくとも２つの角速度センサの実際のセンサ出力値と前記入力軸まわりに前記所定の角速度で回転したときに前記角速度センサの前記パッケージへの搭載誤差がなく前記各角速度センサが角速度を検出する軸と前記検出対象軸が一致するときの理想のセンサ出力値と比較して、前記各角速度センサの前記パッケージへの搭載誤差による補正値を算出するステップと、前記中点及び前記補正値に基づいて、前記角速度センサユニットが検出対象物に取り付けられたときに前記角速度センサの出力値を補正するステップとを具備したことを特徴とする角速度センサユニットの出力補正方法が提供される。

請求項２記載の発明によると、請求項１記載の発明において、前記決定された中点及び前記補正値を前記角速度センサユニットに設けられた補正データ記憶部に記憶させることを特徴とする角速度センサユニットの出力補正方法が提供される。

請求項１記載の発明によれば、検出対象軸の２軸とは非平行かつ非直交の入力軸まわりに角速度センサユニットを所定の角速度で回転すると、少なくとも２つの角速度センサが感度を有するので、複数の角速度センサを有する角速度センサユニットの搭載誤差による感度のずれを１回の角速度入力で補正することができるため、正確なセンサ出力を得ることができる
請求項２記載の発明によれば、角速度センサユニットが検出対象物に取り付けられる前に算出した補正値を補正データ記憶部に予め記憶させておくことができ、角速度センサユニットが検出対象物に取り付けられた後に、常に、中点データ及び補正値に基づいて、搭載誤差による角速度のずれを補正することができる。

図１は本発明の実施形態の角速度センサユニットの補正方法が適用される角速度センサユニットの機能ブロック図を示す図である。角速度センサユニットの一例として３軸角速度センサを含み、車両等に搭載される慣性センサユニット２を例に説明する。慣性センサユニット２は、自動車等の車両の重心付近に取り付けられる。慣性センサユニット２は、ヨーレートセンサ４＃１、ロールレートセンサ４＃２及びピッチレートセンサ４＃３からなる３軸角速度センサ、左右加速度センサ６＃１、上下加速度センサ６＃２及び前後加速度センサ６＃３からなる複数の加速度センサ、演算部８、通信素子１０並びにＤＣ／ＤＣコンバータ１２を備える。

ヨーレートセンサ４＃１は、上下軸まわりの角速度であるヨーレートωを検出し、ヨーレートωに対応するアナログ信号（例えば、電圧）を出力する。ロールレートセンサ４＃２は、前後軸まわりの角速度であるロールレートφを検出し、ロールレートφに対応するアナログ信号（電圧）を出力する。ピッチレートセンサ４＃３は、左右軸まわりの角速度であるピッチレートθを検出し、ピッチレートθに対応するアナログ信号（電圧）を出力する。

左右加速度センサ６＃１は、左右軸方向の加速度を検出し、左右加速度に対応するアナログ信号（電圧）を出力する。上下加速度センサ６＃２は、上下軸方向の加速度を検出し、上下加速度に対応するアナログ信号（電圧）を出力する。前後加速度センサ６＃３は、前後軸方向の加速度を検出し、前後加速度に対応するアナログ信号（電圧）を出力する。

例えば、３軸角速度センサ４＃１〜４＃３及び加速度センサ６＃１〜６＃３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２より出力される電圧（５Ｖ）を入力し、抵抗等を用いて、検出範囲に対応する０Ｖ〜５Ｖの範囲の電圧を出力する。

例えば、ヨーレートω、ロールレートφ、ピッチレートθの検出範囲をそれぞれ−１００°／ｓｅｃ〜１００°／ｓｅｃであるとすると、この検出範囲に対応して、０〜５Ｖの範囲の電圧が出力される。従って、角速度０°／ｓｅｃに対応する電圧（中点電圧）は２．５Ｖである。

演算部８は、例えば、マイクロコンピータ（マイコン）により構成する。演算部８は、後述するように、慣性センサユニット２の製造後車両への取り付け前の検査段階において、ヨーレートセンサ４＃１、ロールレートセンサ４＃２及びピッチレートセンサ４＃３のパッケージへの搭載ずれによる誤差を補正するためのヨーレート、ロールレート、ピッチレートの補正データωＲ、φＲ、θＲを算出する。そして、慣性センサユニット２の車両への取り付け後において、この補正データωＲ、φＲ、θＲを元に、ヨーレートセンサ４＃１、ロールレートセンサ４＃２及びピッチレートセンサ４＃３より検出されたヨーレートω、ロールレートφ、ピッチレートθを補正する。また、補正後のヨーレートω、ロールレートφ及びピッチレートθ、並びに左右加速度、上下加速度及び前後加速度を所定のインタフェースでパケット化し、通信素子１０を通して、図示しないＬＡＮに送信する。

通信素子１０は、接続される図示しないＬＡＮとインタフェースを司るＬＡＮコントローラである。ＤＣ／ＤＣコンバータ１２は、外部から供給される直流電圧（１２Ｖ）を所定の直流電圧（５Ｖ）に変換するコンバータである。ＤＣ／ＤＣコンバータ１２により変換された直流電圧（５Ｖ）は、センサ４＃１〜４＃３，６＃１〜６＃３、演算部８及び通信素子１０に供給される。

図２に示すように、ヨーレートセンサ４＃１と左右加速度センサ６＃１は、お互いの検出軸が直交するように同一のセンサ基板２０＃１上に実装されている。ロールレートセンサ４＃２と上下加速度センサ６＃２は、お互いの検出軸が直交するように同一のセンサ基板２０＃２上に実装されている。また、ピッチレートセンサ４＃３と前後加速度センサ６＃３は、お互いの検出軸が直交するように同一のセンサ基板２０＃３上に実装されていている。

基板２０＃１，２０＃２，２０＃３上にセンサ４＃１〜４＃３，６＃１〜６＃３を実装する際に、基板２０＃１，２０＃２，２０＃３の基準方向に対するセンサ４＃１〜４＃３、６＃１〜６＃３の検出軸の方向の誤差（搭載誤差）が生じる。各センサ基板２０＃１，２０＃２，２０＃３は、図２に示すように、例えば、センサ基板２０＃１〜２０＃３のそれぞれの所定の辺が、各面が直交する立方体等からなる取り付け台２２の３軸方向に平行となるよう搭載される。この際、センサ基板２０＃１，２０＃２，２０＃３の取り付け台２２の搭載誤差により、センサ４＃１〜４＃３，６＃１〜６＃３が角速度を検出する軸（検出軸）が取り付け台２２の３軸方向からずれる。

図３に示すように、各センサ基板２０＃１，２０＃２，２０＃３が搭載された取り付け台２２は、その３軸の基準方向がハウジング３０の３軸方向と平行になるように、例えば、ハウジング３０の底面に取り付けられる。慣性センサユニット２はハウジング３０の３軸方向を基準に車両の重心付近に取り付けられることから、センサ４＃１〜４＃３の搭載ずれにより、センサ４＃１〜４＃３，６＃１〜６＃３の検出軸が検出されるべき軸（検出対象軸）からずれる。以下、センサ４＃１〜４＃３の検出軸方向の検出対象軸からのずれをセンサ４＃１〜４＃３の搭載誤差と呼ぶ。

マイコン８、通信素子１０及びＤＣ／ＤＣコンバータ１２が搭載された制御基板３２は、例えば、ハウジング３０の底面に取り付けられる。制御基板３２は、外部から電源供給及び外部とＬＡＮ接続をするために設けられたコネクタ３４に接続されている。角速度センサ４＃１〜４＃３が一つのハウジング３０に収容され、ハウジング３０が樹脂等で封止される。このような慣性センサユニット（角速度センサユニット）の構造をパッケージ構造と呼ぶ。

図４に示すように、マイコン８は、Ａ／Ｄ変換器４０、ＣＰＵ４２、メモリ４４、補正データ記憶部４６及びインタフェース部４８を有する。Ａ／Ｄ変換器４０は、センサ４＃１〜４＃３、６＃１〜６＃３から出力されるアナクログ信号を所定の周期でサンプリングして、所定ビット数、例えば、１０ビットで量子化して、デジタル信号を出力する。以下、センサ４＃１〜４＃３、６＃１〜６＃３からのアナログ出力値がＡ／Ｄ変換器４０によりデジタル信号に変換されたデジタル値をセンサ４＃１〜４＃３，６＃１〜６＃３の出力値と略す。

ＣＰＵ４２は、メモリ４４に格納された演算プログラムを実行することにより、後述するように、慣性センサユニット２の製造後、車両に取り付けられる前に以下の機能を実現する。ヨーレートセンサ４＃１、ロールレートセンサ４＃２及びピッチレートセンサ４＃３のハウジング３０への搭載誤差を補正するための補正データωＲ、φＲ、θＲを算出し、補正データ記憶部４６に記憶する。

ＣＰＵ４２は、慣性センサユニット２が車両に取り付けられると、以下の機能を実現する。慣性センサユニット２が静止、即ち、車両が静止している状態での各レートセンサ４＃１〜４＃３の出力値（中点データ）を元に、車両のそれ以外の状態（通常状態）での各レートセンサ４＃１〜４＃３の出力値に対し、静止時の各レートセンサ４＃１〜４＃３の出力値が中点（２．５Ｖ，デジタル値＝５１２）となるように補正（中点補正）を行い、車両が直進（非旋回）状態かつ一定速（非加減速）状態が比較的長時間継続している安定状態での各加速度センサ６＃１〜６＃３の出力値（中点データ）を元に、車両のそれ以外の状態（通常状態）での各加速度センサ６＃１〜６＃３の出力値に対し、安定状態での各加速度センサ６＃１〜６＃３の出力値が中点となるように同様の中点補正を行う。中点補正するのは、センサ４＃１〜４＃３、６＃１〜６＃３が有する抵抗の抵抗値等が温度等の動作環境により変化し、中点がドリフトするからである。

更に、ＣＰＵ４２は、補正データ記憶部４６に記憶された補正データωＲ、φＲ、θＲを元に、中点補正されたヨーレートω、ロールレートφ、ピッチレートθに対し、搭載誤差補正をする。搭載誤差補正されたヨーレートω’、ロールレートφ’及びピッチレートθ’、並びに左右加速度、上下加速度及び前後加速度をインタフェース部４８及び通信素子１０を通してＬＡＮに出力する。

メモリ４４は、演算プログラムを格納するＲＯＭ及び演算データを格納するＲＡＭからなる。補正データ記憶部４６は、上記補正データωＲ、φＲ、θＲや車両の静止状態での各レートセンサ４＃１〜４＃３、安定状態での各加速度センサ６＃１〜６＃３の出力値である中点データを格納するＲＯＭである。インタフェース部４８は通信素子１０との間でＬＡＮをインタフェースする。

図５は、図４中のＣＰＵ４２の搭載誤差補正に係る機能ブロック図である。図５に示すように、演算部８は、３軸角速度補正量算出手段６０と３軸角速度補正手段６２を有する。３軸角速度補正量算出手段６０は慣性センサユニット２の製造後車両搭載前に、センサ４＃１〜４＃３の搭載誤差による補正データωＲ、φＲ、θＲを算出するものであり、中点データ取得部７０、３軸角速度センサデータ取得部７２、中点補正部７６及び角速度補正量算出部７８を有する。

中点データ取得部７０は、慣性センサユニット２の静止状態での角速度センサ４＃１〜４＃３の出力値（中点データ）を取得して、補正データ記憶部４６に格納する。３軸角速度センサデータ取得部７２は、所定の入力軸方向に回転することにより、３軸角速度センサ４＃１〜４＃３が検出対象軸方向に角速度成分を有するよう、入力軸が３軸角速度センサ４＃１〜４＃３のそれぞれの検出対象軸方向と非平行且つ非直交となる所定の入力軸回りに所定の角速度で慣性センサユニット２を回転したときのセンサ４＃１〜４＃３の出力値を取得する。

ピッチレートセンサ４＃３、ロールレートセンサ４＃２及びヨーレートセンサ４＃１の検出対象軸をＹ軸，Ｘ軸，Ｚ軸とする。３次元座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を回転により座標変換したとき、回転後のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸をＸ’軸、Ｙ’軸、Ｚ’軸とすると、回転後のピッチレートセンサ４＃３、ロールレートセンサ４＃２、ヨーレートセンサ４＃１の検出対象軸はＸ’軸、Ｙ’軸、Ｚ’軸となる。

回転前のＸ，Ｙ，Ｚ軸のいずれか一つの軸、例えば、Ｚ軸を中心として角速度ωで回転したときに、（Ｘ，Ｙ，Ｚ）から（Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’）に座標変換したときのＺの係数×ωの角速度が角速度センサ４＃３，４＃２，４＃１により検出されることから、Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’について、Ｚの係数が０とならないように（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を回転すれば、Ｚ軸を入力軸として、入力軸回りに所定の角速度ωで回転すると、角速度センサ４＃１〜４＃３はいずれも零ではない角速度を検出する。これには、入力軸とＸ’，Ｙ’，Ｚ’軸がそれぞれ非平行且つ非直交であれば良い。

例えば、（Ｘ，Ｙ，Ｚ）座標系において、ヨー角Ω、ロール角Φ、ピッチ角Θ、ヨーレートω、ロールレートφ、ピットレートθとした場合、ピッチ角Θ→ロール角Φの順に（Ｘ，Ｙ，Ｚ）座標系を回転、即ち、Ｙ軸を中心にΘ回転した後、回転後のＸ軸を中心にΦ回転すると、変換座標後は以下のようになる。

ヨーレートω’’＝ωｃｏｓΘｃｏｓΦ＋φｓｉｎΘ・ｃｏｓΦ−θｓｉｎΦ ・・ （１）
ロールレートφ’’＝−ωｓｉｎΘ＋φｃｏｓΘ ・・ （２）
ピッチレートθ’’＝ωｃｏｓΘ・ｓｉｎΦ＋φｓｉｎΘ・ｓｉｎΦ＋θｃｏｓΦ
≒ωｓｉｎ（ΦｃｏｓΘ）＋φｓｉｎΘ・ｓｉｎΦ＋θｃｏｓΦ
・・（３）
Ｙ軸を中心に（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の直交座標系をΘ回転すると、回転後は、Ｘ軸の回転角Ｘ軸の回転角＝Θ，Ｙ軸の回転角＝０、Ｚ軸の回転角＝Θとなる。その後、回転後のＸ軸を中心にΦ回転すると、Ｘ軸の回転角＝Θ、Ｙ軸の回転角＝ΦｃｏｓΘ、Ｚ軸の回転角＝ＡＣＯＳ（ｃｏｓΦ・ｃｏｓΘ）となる。但し、ＡＣＯＳ（＊）は、ｃｏｓの逆関数であり、ｃｏｓ（ＡＣＯＳ（ｃｏｓΦ・ｃｏｓΘ））＝ｃｏｓΦ・ｃｏｓΘである。

変換前のＺ軸を中心にωで回転すると、φ＝０、θ＝０であることから、これらを、（１），（２），（３）に代入すると、ヨーレートω’’＝ωｃｏｓΦ・ｃｏｓΘ、ロールレートφ’’＝−ωｓｉｎΘ、ピッチレートθ’’＝ωｓｉｎΦｃｏｓΘ≒ωｓｉｎ（ΦｃｏｓΘ）となる。

ところで、座標変換後のヨーレートω’’、ロールレートφ’’及びピッチレートφ’’の絶対値が大きい、即ち、変換後の３軸の感度が良好であるほど、搭載誤差の検出精度が良好となること、及びロールレートφ’’とピッチレートφ’’の搭載誤差の検出精度が同じであること、即ち、│θ’’│＝│φ’’│であることが望ましいことから、Ｘ軸の回転角Θ＝Ｙ軸の回転角Φ・ｃｏｓΘになるようにする。

例えば、Θ＝３０°、Φ・ｃｏｓΘ＝３０°とすると、Φ＝３４．６５°となる。このときの、ヨーレートω’’＝０．７１ω、ロールレートφ’’＝−０．５ω、ピッチレートθ’’＝０．５ωとなり、それぞれωの０．７１、−０．５０、０．５０倍となる。また、角速度の検出範囲を−１００°／ｓｅｃ〜１００°／ｓｅｃとすると、ω＝±１００°／ｓｅｃとすることが望ましい。

回転角Θ，Φが与えられると、角速度センサ４＃１〜４＃３のパッケージへの搭載誤差がない場合のセンサ出力（以下、理想の角速度）を算出することができる。例えば、式（１），（２），（３）より、角速度センサ４＃１〜４＃３の理想の角速度が算出される。Θ＝３０°、Φ＝３４．６５°とすると、理想のヨーレートω’’、ロールレートφ’’、ピッチレートθ’’は、それぞれωの定数倍０．７１、−０．５０、０．５０であり、図６に示すように、Ｚ軸まわりの角速度Ｓ０に対して、理想のヨーレートＳ１、ロールレートＳ２及びピッチレートＳ３が得られる。図６中の横軸に時間、縦軸に角速度を示す。

角速度補正量算出部７８は、中点補正されたＺ軸まわりの角速度ωでの実際のヨーレートω’、ロールレートφ’、ピッチレートθ’と理想のヨーレートω’’、ロールレートφ’’、ピッチレートθ’’から、実際のヨーレートω’、ロールレートφ’、ピッチレートθ’が理想のヨーレートω’’、ロールレートφ’’、ピッチレートθ’’に等しくなるようヨーレート、ロールレート、ピッチレートの補正量ωＲ，φＲ，θＲを以下のように算出し、補正データ記憶部４６に記憶する。

実際のヨーレート＝理想のヨーレート×ヨーレートに関する搭載誤差成分、実際のロールレート＝理想のロールレート×ロールレートに関する搭載誤差成分、実際のピッチレート＝理想のピッチレート×ピッチレートに関する搭載誤差成分である。搭載誤差成分とは、角速度センサ４＃１〜４＃３の搭載誤差による実際の角速度と理想の角速度との誤差をいう。図６に示すように、Ｚ軸まわりの角速度ω＝±１００°／ｓｅｃであるとき、Ｓ１’，Ｓ２’，Ｓ３’が実際のヨーレート、ロールレート、ピッチレートであるとすると、理想のヨーレート、ロールレート及びピッチレートＳ１，Ｓ２，Ｓ３に対する実際のヨーレート、ロールレート及びピッチレートＳ１，Ｓ２，Ｓ３の各比率が搭載誤差成分である。

角速度補正量算出部７８は、中点補正された実際のヨーレート、ロールレート及びピッチレートに対する理想のヨーレート、ロールレート及びピッチレートの比率ωＲ，φＲ，θＲをヨーレート、ロールレート及びピッチレートの補正値として補正データ記憶部４６に記憶する。

中点データ取得部８０は、慣性センサユニット２が車両に取り付けられてから、車両の静止状態での角速度センサ４＃１〜４＃３の出力値を取得し、中点データとして補正データ記憶部４６に記憶する。３軸角速度センサデータ取得部８２は、慣性センサユニット２が車両に取り付けられてから、車両の通常状態での角速度センサ４＃１〜４＃３の出力値を取得し、中点補正部８４に出力する。

中点補正部８４は、中点補正部７６と同様に、中点データを元に車両の通常状態でのヨーレート、ロールレート及びピッチレートの中点補正をし、角速度補正部８６に出力する。角速度補正部８６は、中点補正部８４により中点補正されたヨーレート、ロールレート及びピッチレートに補正量ωＲ，φＲ，θＲを掛け合わせ、ヨーレート、ロールレート及びピッチレートの補正を行う。

図７は搭載誤差に係る補正量を算出するための補正量算出装置の構成図であり、同図（ａ）は斜視図、同図（ｂ），（ｃ）は平面図である。図７（ａ）に示すように、補正量算出装置１００は、ターンテーブル１１０及び傾き台１１２を有する。ターンテーブル１１０は、重力加速度方向であるＺ軸に平行に配設された図示しない回転軸を中心に該軸に連結された電動機の回転により回転可能となっている。ターンテーブル１１０の上面には、図７（ｂ）に示すように、複数個のネジ穴１４０が設けられている。傾き台１１２は、下部土台１２０、中部土台１２２、上部土台１２４、第１の連結部１２６及び第２の連結部１２８を有する。

下部土台１２０は、例えば、直方体形状であり、上面から底面に貫通するネジ穴１４０及び側面中央にネジ穴１４２が設けられている。ネジ穴１４０にネジ止めすることにより、下部土台１２０がターンテーブル１１０の上面に水平に固定される。直方体形状の下部土台１２０の底面の長方形の図７（ｂ）中左右方向をＹ軸、図７中（ｂ）中上下方向をＸ軸で表す。

第１の連結部１２６は、下部土台１２０と中部土台１２２を連結するためのものであり、２つの直方体形状からなり、長手方向にネジ穴１４２，１４４が設けられている。２つの第１の連結部１２６は、下部土台１２０の底面に垂直（Ｚ軸方向）に長手方向が配置され、ネジ穴１４２にネジ止めすることにより、下部土台１２０の底面に対して垂直に固定されている。

中部土台１２２は、例えば、直方体形状であり、Ｙ軸方向に延びる側面中央に底面に平行な貫通穴が設けられ、この貫通穴及び第１の連結部１２６のネジ穴１４４に連結軸が挿入されて、第１の連結部１２６に支持されるとともに、連結軸（Ｘ軸）を中心に回転可能となっている。そして、連結軸を中心とする任意の中部土台１２２の回転角でもって、ネジ止め等により第１の連結部１２６に固定される。これにより、中部土台１２２は、Ｘ軸を中心にＹ軸及びＺ軸が任意角Φ回転可能となっている。また、Ｘ軸方向に延びる２つの側面の中央付近にネジ穴１４６が設けられている。

第２の連結部１２８は、中部土台１２２と上部土台１２４とを連結するためのものであり、２つの直方体形状からなり、長手方向にネジ穴１４６，１４８が設けられている。２つの第２の連結部１２８は、中部土台１２２のネジ穴１４６にネジ止めにより中部土台１２２に固定されている。これにより、第２の連結部１２８は、中部土台１２２の回転とともに、回転する。

上部土台１２４は、例えば、直方体形状であり、Ｘ軸方向に延びる側面の中央付近に底面に平行な貫通穴が設けられ、この貫通穴及び第２の連結部１２８の貫通穴１４８に連結軸が挿入され、第２の連結部１２６に支持されるとともに、連結軸を中心に任意に回転可能となっている。そして、連結軸を中心とする任意の上部土台１２４の回転角Θでもって、ネジ止め等により第２の連結部１２６に固定される。これにより、上部土台１２４は、中部土台１４６の回転により第２の連結部１２８が回転することにより、回転するとともに、連結軸を中心として、回転する。

また、図７（ｃ）に示すように、上部土台１２４には、上面から底面に垂直に貫通する２つのネジ穴１５０が設けられている。ネジ穴１５０は、慣性センサユニット２を支持・固定するためのものであり、ネジ穴１５０に慣性センサユニット２をネジ止めすることにより、上部土台１２４の上面の辺の長手方向及び上面のそれに直角な辺の方向と、慣性センサユニット２のロールレートセンサ４＃２及びピッチレートセンサ４＃３の検出対象軸が平行となる位置に設けられている。

中部土台１２２の回転角Φ、上部土台１２４の回転角Θとすると、中部土台１２２のＸ軸の回転角＝０、Ｙ軸の回転角Φ、Ｚ軸の回転角＝Φとなり、上部土台１２４のＸ軸の回転角＝Θ、Ｙ軸の回転角＝Φ・ｃｏｓΘ、Ｚ軸の回転角＝ＡＣＯＳ（ｃｏｓΦ・ｃｏｓΘ）となる。

図８は、傾き台１１２の上部土台１２４に慣性センサユニット２を固定した状態を示す図である。慣性センサユニット２のハウジング３０の底面の所定の位置、例えば、ハウジング３０にネジ穴１５０が設けられている。ネジ穴１５０にネジ止めすることにより、慣性センサユニット２のロールレートセンサ４＃２，ピッチレートセンサ４＃３の検出対象軸が上部土台１２４の上面の各辺に平行になるように上部土台１２４に固定される。

従って、ターンテーブル１１０をＺ軸まわりにωで回転すると、理想のヨーレートはω・ｃｏｓΘ・ｃｏｓΦ、理想のロールレートは−ω・ｓｉｎΘ、理想のピッチレートはω・ｃｏｓΘ・ｓｉｎΦとなる。

尚、慣性センサユニット２の上部土台１２４への固定は、ハウジング３０がパッケージに封止されたときに設けられる車両に慣性センサ２を固定するためのフランジに設けられたネジ穴にボルト締めにより行っても良い。

上部土台１２４に固定された慣性センサユニット２のコネクタ３４には、図示しないが、所定電圧の電源ライン（１２Ｖ）の電源ライン、及びＬＡＮを通してパーソナルコンピュータ等の制御装置が接続される。試験装置は、慣性センサユニット２に中点データが出力されていること、Ｚ軸を入力軸としてターンテーブル１１０が所定の角速度、例えば、±１００°／ｓｅｃで回転されていることを指示するための装置である。

図９は補正量算出方法を示すフローチャートである。慣性センサユニット２のコネクタ３４を外部の電源ライン及びＬＡＮを通して制御装置に接続する。ステップＳ２で慣性センサユニット２を静止状態とする。例えば、慣性センサユニット２を上部土台１２４に固定し、ターンテーブル１１０を静止した状態とする。ステップＳ４で制御装置からの指示に基づいてその際の３軸角速度センサ４＃１〜４＃３の出力値ω０、φ０、θ０（中点データ）を取得し、補正データ記憶部４６に記憶する。

ステップＳ６で慣性センサユニット２を上部土台１２４にネジ止めにより固定し、上部土台１２４を連結軸中心にΘ＝３０°回転させ第２の連結部１２８により上部土台１２４を固定し、中部土台１２２を連結軸中心にΦ＝３４．６５°回転させてから第１の連結部１２６により中部土台１２２を固定する。

ステップＳ８でＺ軸を中心にターンテーブル１１０を角速度ω＝１００°／ｓｅｃで回転する。ステップＳ１０で制御装置からの指示に基づいてその際の３軸角速度センサ４＃１〜４＃３のセンサ出力値ω１、φ１、θ１を取得する。ステップＳ１２で３軸角速度センサ４＃１〜４＃３のセンサ出力値ω１、φ１、θ１を補正データ記憶部４６に記憶された中点データω０、φ０、θ０を元に中点補正する。中点補正後は、ヨーレートω１’＝ω１＋（５１２−ω０）、ロールレートφ１’＝φ１＋（５１２−φ０）、ピッチレートθ１’＝θ１＋（５１２−θ０）となる。

ステップＳ１４でＺ軸を中心にターンテーブル１１０を角速度ω＝−１００°／ｓｅｃで回転する。ステップＳ１６で制御装置からの指示に基づいてその際の３軸角速度センサ４＃１〜４＃３のセンサ出力値ω２、φ２、θ２を取得する。ステップＳ１８で３軸角速度センサ４＃１〜４＃３のセンサ出力値ω２、φ２、θ２を補正データ記憶部４６に記憶された中点データタω０、φ０、θ０を元に中点補正する。中点補正後は、ヨーレートω２’＝ω２＋（５１２−ω０）、ロールレートφ２’＝φ２＋（５１２−φ０）、ピッチレートθ２’＝θ２＋（５１２−θ０）となる。

ステップＳ２０でω＝１００°／ｓｅｃでの中点補正データω１’、φ１’、θ１’及びω＝−１００°／ｓｅｃでの中点補正データω２’、φ２’、θ２’の絶対値の平均値ω３，φ３，θ３を算出する。平均値を取るのは検出誤差を小さくするためであり、絶対値を取るのは、ω＝１００°／ｓｅｃと−１００°／ｓｅｃでは、センサ出力値ω１とω２，φ１とφ２，θ１とθ２の符号がそれぞれ逆になるからである。

ステップＳ２２で平均値ω３，φ３，θ３と角速度ω（１００°／ｓｅｃ）、Θ（３０°）、Φ（３４．６５°）での理想のセンサ出力値ωＩ，φＩ，θＩから補正量ωＲ，φＲ，θＲを算出する。ωＲ＝ωＩ／ω３、φＲ＝−φＩ／φ３、θＲ＝θＩ／θ３となる。ステップＳ２４で３軸角速度センサ４＃１〜４＃３の補正量ωＲ，φＲ，θＲを補正データ記憶部４６に記憶する。

図１０は３軸角速度センサ４＃１〜４＃３の出力値の補正方法を示すフローチャートである。慣性センサユニット２は、パッケージのフランジに設けられたネジ穴にボルト締めにより車両の付近に取り付けられる。コネクタ３４には、車両に搭載された１２Ｖのバッテリ電源が供給され、図示しないＬＡＮが接続される。

ステップＳ３０で慣性センサユニット２の静止状態で３軸角速度センサ４＃１〜４＃３の出力値ω０’，θ’０，φ’０（中点デー-タ）を取得し、補正データ記憶部４に記憶する。中点値はセンサ４＃１〜４＃３の抵抗が温度等の車両の走行環境に依存することから、現在の走行環境に応じた値をその都度取得する必要があるからである。

ステップＳ３２で慣性センサユニット２の通常状態で３軸角速度センサ４＃１〜４＃３の出力値ω４，θ４，φ４を取得する。ステップＳ３４で３軸角速度センサ４＃１〜４＃３の出力値ω４，θ４，φ４を中点データω０’，θ０’，φ０’より上述したと同様にして中点補正する。中点補正後の３軸角速度センサ４＃１〜４＃３の出力値をω４’，θ４’，φ４’とする。

ステップＳ３６で補正データ記憶部４６より補正量ωＲ，θＲ，φＲを読み出す。ステップＳ３８で３軸角速度センサ４＃１〜４＃３の出力値ω４’，θ４’，φ４’を補正する。補正後の３軸角速度センサ４＃１〜４＃３の出力値ω５，θ５，φ５とすると、ω５＝ωＲ×ω４’，θ５＝θＲ×θ４’，φ５＝φＲ×φ４’となる。

以上説明した本実施形態によれば、複数の角速度センサを有する角速度センサユニットの中点ドリフト及び搭載誤差によるゲインのずれを１回の角速度入力で補正することができるため、正確なセンサ出力を得ることができる。

図１は本発明の実施形態の角速度センサユニットの補正方法が適用される角速度センサユニットの機能ブロック図を示す図である。 慣性センサユニットの物理的配置構成を示す図である。 慣性センサユニットの完成品を示す図である。 図１中の演算部の構成図である。 ＣＰＵの搭載誤差補正に係る機能ブロック図である。 理想のヨーレート、ローレート及びピッチレート並びに実際のヨーレート、ローレート及びピッチレートを示す図である。 搭載誤差に係る補正量を算出するための補正量算出装置構成図である。 上部土台に慣性センサユニットを固定した状態を示す図である。 補正量算出方法を示すフローチャートである。 ３軸角速度センサの出力値の補正方法を示すフローチャートである。

符号の説明

２ 慣性センサユニット
４＃１ ヨーレートセンサ
４＃２ ロールレートセンサ
４＃３ ピッチレートセンサ
８ 演算部
４２ ＣＰＵ
４６ 補正データ記憶部
６０ ３軸角速度補正量算出部
６２ ３軸角速度補正部
１００ 補正量算出装置
１１０ ターンテーブル
１２０ 下部土台
１２２ 中部土台
１２４ 上部土台
１２６ 第１の連結部
１２８ 第２の連結部

Claims (2)

1. 検出対象物に取り付けられ、互いに直交する３軸のうち少なくとも２軸を検出対象軸とし、該検出対象軸を中心とする角速度を検出する少なくとも２つの角速度センサを有し、前記少なくとも２つの角度センサを一つのパッケージに収容する角速度センサユニットの出力補正方法であって、
   前記少なくとも２つの角速度センサユニットを静止状態とした時の前記各角速度センサの出力より中点を決定するステップと、
   前記検出対象軸の２軸とは非平行かつ非直交の入力軸まわりに前記角速度センサユニットを所定の角速度で回転したときの前記少なくとも２つの角速度センサの実際のセンサ出力値と前記入力軸まわりに前記所定の角速度で回転したときに前記角速度センサの前記パッケージへの搭載誤差がなく前記各角速度センサが角速度を検出する軸と該角速度センサの前記検出対象軸が一致するときの理想のセンサ出力値と比較して、前記各角速度センサの前記パッケージへの搭載誤差による補正値を算出するステップと、
   前記中点及び前記補正値に基づいて、前記角速度センサユニットが検出対象物に取り付けられたときに前記角速度センサの出力値を補正するステップと、
   を具備したことを特徴とする角速度センサユニットの出力補正方法。
2. 前記決定された中点及び前記補正値を前記角速度センサユニットに設けられた補正データ記憶部に記憶させることを特徴とする請求項１記載の角速度センサユニットの出力補正方法。

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