JPH0476611B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、角速度センサからの角速度信号を積
分して角度を検出する積分型角度検出方法に関す
るものである。

〔従来の技術および発明が解決しようとする問題点〕

斯かる積分型角度検出方法は、車両のような移
動体の移動軌跡を地図と重ねて表示することによ
り移動体の現在位置を知らせ、その後の移動体の
移動方向を決定するための情報を提供するナビゲ
ーシヨン装置にその使用例を見ことができる。

ナビゲーシヨン装置は一般に第３図に示すよう
に構成され、移動体に搭載された距離センサ１か
らの距離信号と、同じく移動体に搭載された角速
度センサ２からの角速度信号を制御処理回路３に
おいて積分して得られる角度信号と、移動体の移
動前の位置情報とに基づいて移動体の移動後の位
置を制御処理回路３において算出し、この算出し
た位置を逐次メモリに記憶すると共に、該メモリ
４に記憶してある位置情報により例えばCRTな
どの表示装置５の画面上に移動体の移動軌跡を描
くようになつている。このとき、移動体が現在あ
る地域の地図情報をメモリ４から選択して移動軌
跡に重ねて表示装置５上に同時に表示させるよう
にしたものである。なお、図中６はキーボードで
あり、地図情報の選択の他、表示装置５に表示さ
れた地図上に移動体の現在位置を位置合わせする
操作を行うためなどに使用されるキーが設けられ
ている。

上記制御処理回路３が角速度センサ２からの角
速度信号に基づいて角度を検出する原理は一般に
以下のようになつている。

今、移動体がその進行方向を時間t₁間右旋回し
た後直進し、その後時間t₂の間左旋回したとする
と、角速度センサ２の出力には第４図に示すよう
な角速度信号f₁(T)及びf₂(T)が発生される。この角
速度信号に基づいて角度を検出するため、制御処
理回路３は角速度信号f₁(T)及びf₂(T)の面積S₁及び
S₂をそれぞれ求める。すなわち、右旋回角度A_R
と左旋回角度A_Lは、 A_R＝S₁＝∫^t1 ₀f₁(T)dT A_L＝S₂＝∫^t2 ₀f₂(T)dT なる計算をそれぞれ行うことにより求められる。

第４図に示した角速度センサ２の出力波形はド
リフトのない理想的なものとして描いているが、
実際には、様々な外乱により角速度センサ２の出
力にはドリフトが重畳され、第４図に示した角速
度信号は例えば第５図に示すような形で出力され
るようになる。なお、第５図では簡単のため角速
度センサ２の出力ドリフトV₀(T)は直線αTで近似
的に示している。

第５図に示すようにドリフトが重畳した角速度
信号を積分して角度を求めた場合には、同図中に
点を付した部分の面積が誤差となる。すなわち、
第４図の面積S₁は第５図においてはS₁′となり、
波形と０点が交差する部分までの点を付した面積
が誤差として加えられる。これに対し、第４図の
面積S₂は第５図においてはS₂′となり、出力波形
とドリフト曲線とで囲まれる点を付した面積分だ
け小さくなる。

このため、上述したようにして求めた角度信号
と距離信号とに基づいて計算した位置は第５図の
場合、実際よりも進行方向の右側となる。このよ
うなことが繰返されると、第６図に示すように、
計算により描かれる移動軌跡Ａが実際の移動軌跡
Ｂを中心にして定められる所定の許容範囲Ｃから
短い時間Ｄですぐに外れるようになる。このよう
なことが起つた場合には、描かれば移動軌跡Ａを
直ちに地図上の対応する位置に修正する操作を行
つておかなければ、現在位置を地図上に描かれた
移動軌跡から読み取ることができなくなる。

すなわち、角速度センサの出力ドリフトがある
場合には、頻繁に位置合せ操作を行うことが必要
になり、実用上あまり好ましくない。

このような不具合は高精度の角速度センサを使
用すれば或る程度解消することができるが、高精
度の角速度センサは非常に高価であり、商品化す
る上での大きなネツクとなる。

そこで、本発明は角速度センサの精度がそれ程
よくなく、ドリフトが重畳していても比較的正確
に角度を求めることのできる積分型角度検出方法
を提供しようとするものである。

〔問題点を解決するための手段及び作用〕

上記問題点を解決するため本発明によりなされ
た角度検出方法は、正負一定幅の判定レベルを設
け、前記角速度信号が該判定レベルを越えた時点
の一定時間前から前記判定レベル以内に入つた時
点の一定時間後まで前記角速度信号を積分し、該
期間以外の積分を行わないようにしたことを特徴
とする。

以上のように、正負一定幅の判定レベルにより
角速度信号のレベル判定を行い、判定レベルを越
えている時間と、該レベルを越えた時点と判定レ
ベルに入つた時点を基準にしたその前後の一定時
間とを含む期間だけ角速度信号を積分し、それ以
外の期間についてはドリフト成分とみなして積分
を行わないようにしているため、角度算出時の誤
差を小さくすることができる。

〔実施例〕

以下、本発明による積分型角度検出方法の実施
例を図に基づいて説明する。

第１図ａ及びｂは本発明による積分型角度検出
方法の一実施例を説明するための図である。

第１図ａにおいて、f₁(T)及びf₂(T)は角速度セン
サの出力に得られる角速度信号であり、該信号f₁
(T)及びf₂(T)には外乱などによるドリフト成分V₀(T)
＝αTが含まれている。＋V_c及び−V_cは予め定め
られたレベル判定のための電圧レベルであり、こ
れは角速度信号が該電圧レベ｜V_c｜を越えたか
否かを判定するためのものである。

そして、該電圧レベル｜V_c｜を基準に角速度
信号f₁(T)及びf₂(T)が該レベル｜V_c｜を越えた時点
と該レベル｜V_c｜内に入る時点とをそれぞれ検
出することによりf₁(T)及びf₂(T)が｜V_c｜を越えて
いる時間t₁′及びt₂′をそれぞれ求める。その後時
間t₁′及びt₂′の前後に予め定めた一定時間t_cを加え
た時間（t₁′＋2t_c）及び（t₂′＋2t_c）の間、角速度
信号f₁(T)及びf₂(T)をそれぞれ積分し、第１図ｂに
示すような面積S₁″及びS₂″を求め、これを角度と
して検出する。

第１図ｂにおいて、点を付している部分の面積
が誤差分であるが、これを第５図に示す従来の方
法による誤差（点を付した部分の面積）と比較す
れば明らかなように、本発明の方法により検出し
た角度の方が角速度センサの出力ドリフトの影響
による誤差が図中斜線を付した面積分少なくなつ
ている。

これは、｜V_c｜以下でかつ時間t_c内にない信号
についての信号を強制的に０とみなしているため
であり、出力ドリフトによる誤差の少ない角度を
検出することができる。

従つて、上述した本発明の角度検出方法により
誤差の少ない角度を検出できるようにすることに
よつて、ナビゲーシヨン装置では、第６図中に１
点鎖線で示すような移動軌跡Ｅを描くことができ
るようになる。すなわち、長時間修正なしに所定
範囲Ｃ内に移動軌跡を描くことが可能になり、面
倒な位置合わせのための修正操作回数を減ずるこ
とができる。

第２図は上述した本発明による方法を実施する
積分型角度検出装置の構成例を示すブロツク図で
あり、図において、１０は角速度センサ２からの
角速度信号をデジタル信号に変換するＡ−Ｄ変換
器であり、該Ａ−Ｄ変換器１０の出力には、角速
度信号を適当なサンプリング周波数で標本化の上
量子化してデジタル信号に変換した角速度信号が
送出される。１１はＡ−Ｄ変換器１０からのデジ
タル化された角速度信号を順次受け取るシフトレ
ジスタであり、該シフトレジスタ１１は入力され
た角速度信号を時間t_c分遅延する遅延手段として
働く。

１２は角速度信号のレベルを判定する電圧レベ
ル｜V_c｜を設定するレベル設定部、１３は一方
の入力に電圧レベル｜V_c｜が、他方の入力に角
速度センサ２からの角速度信号がそれぞれ入力さ
れている例えばウインドウコンパレータからなる
比較器である。該比較器１３の出力は角速度信号
が電圧レベル｜V_c｜を越えているときＨレベル、
それ以外のときＬレベルとなる。比較器１３の出
力はＲ−Ｓフリツプフロツプ１４のセツト入力Ｓ
に接続されると共に、インバータ１５及び遅延時
間2t_cの遅延回路１６を介してＲ−Ｓフリツプフ
ロツプ１４のリセツト入力Ｒに接続されている。

１７は積算器であり、フリツプフロツプ１４の
Ｑ出力がＨレベルにあるとき、シフトレジスタ１
１からの時間t_c遅延されたデジタル化されている
角速度信号を順次積算することにより積分を行
い、その出力に角度信号を送出する。

以上の構成により、角速度センサ２からの角速
度信号はＡ−Ｄ変換器１０によりデジタル化され
た上でシフトレジスタ１１に入力され、シフトレ
ジスタ１１内において順次シフトされ、時間t_c遅
延されて出力に送出される。角速度信号のレベル
が｜V_c｜を越えると、比較器１３の出力がＬか
らＨレベルに立上り、これによりＲ−Ｓフリツプ
フロツプ１４がセツトされ、その出力ＱがＬから
Ｈレベルになる。このことにより、積算器１７は
シフトレジスタ１１からのデジタル化されている
角速度信号の積算を開始する。積算器１７が積算
する角速度信号は時間t_c前のものである。

一方、角速度信号が｜V_c｜より小さくなると、
比較器１３の出力ＨからＬレベルになり、インバ
ータ１５の出力がＬからＨレベルに立上る。これ
に応じて遅延回路１６の出力が2t_c時間後にＬか
らＨレベルに立上る。このことにより、Ｒ−Ｓフ
リツプフロツプ１４がリセツトされそのＱ出力が
ＨからＬレベルになり、積算器１７の積算動作が
停止される。すなわち積算器１７が積算する角速
度信号の期間は、角速度信号が｜V_c｜を越えた
時点のt_c時間前から｜V_c｜以下になつた時点のt_c
時間後までである。

なお、上述の実施例では、面積S₂″については
点を付した部分の全体がドリフト誤差として含ま
れることになるが、｜V_c｜を越えた時点の角速度
の極性と該時点のt_c時間前の角速度信号の極性と
が異なる場合には、第１図ｂに点線で示すよう
に、t_c時間前のレベル分角速度信号をシフトして
積算するようにすれば、このシフト分ドリフト誤
差を小さくすることができるようになる。

〔効果〕

以上のように本発明によれば、特定の条件を満
さない角速度信号中の成分についてはドリフトと
みなして積分を行わないようになつているため、
ドリフト誤差の少ない角度検出が行えるようにな
り、これを車両用ナビゲーシヨン装置に適用した
場合には安価な角速度センサによつて修正なしに
長時間の走行が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による積分型角度検出方法の原
理を説明するための説明図、第２図は本発明の方
法を実施するための装置例を示すブロツク図、第
３図は車両用ナビゲーシヨン装置の構成を示すブ
ロツク図、第４図は積分型角度検出方法の一般原
理を示す説明図、第５図は従来の方法の問題点を
説明するための説明図、及び第６図は従来の方法
を使用したナビゲーシヨン装置の問題点を説明す
る説明図である。 ２……角速度センサ、１２……レベル設定部、
１３……比較器、１７……積算器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 角速度センサからの角速度信号を積分して角
   度を検出する方法において、 正負一定幅の判定レベルを設け、前記角速度信
   号が該判定レベルを越えた時点の一定時間前から
   前記判定レベル以内に入つた時点の一定時間後ま
   で前記角速度信号を積分し、該期間以外の積分を
   行わないようにしたことを特徴とする積分型角速
   度検出方法。