JPH0666568A

JPH0666568A - 角速度検出装置、方位検出装置および位置検出装置

Info

Publication number: JPH0666568A
Application number: JP4220406A
Authority: JP
Inventors: Hirobumi Kumamoto; 博文熊本; Shinichi Matsuzaki; 伸一松崎
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1992-08-19
Filing date: 1992-08-19
Publication date: 1994-03-08

Abstract

(57)【要約】【構成】ジャイロ２１の機械的構成部２１Ｍは断熱容器
４０内に収容されている。この断熱容器４０内には、機
械的構成部２１Ｍを加熱するためのヒータ４１と、機械
的構成部２１Ｍの近傍の温度を検出する温度センサ４２
が収容されている。温度センサ４２の出力はコントロー
ラ４５に与えられている。このコントローラ４５は、ヒ
ータ駆動回路４３を介してヒータ４１への通電を制御す
る。ヒータ４１への通電は、主として、停止検出部４４
によりジャイロ２１を組み込んだナビゲーションシステ
ムを搭載した車両が停止中であることが検知された期間
に行われる。【効果】ジャイロ２１の機械的構成部２１Ｍの周囲温度
の変動を抑制できるから、ジャイロ２１のオフセットの
変動を抑制できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、たとえば車載用ナビゲ
ーションシステムなどで用いられ、振動ジャイロやガス
レートジャイロその他のジャイロを用いた角速度検出装
置、方位検出装置および位置検出装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来から、不案内な土地における車両で
の走行を支援するために、走行中の地域の道路地図上に
車両の現在位置を重ねて表示するようにしたナビゲーシ
ョンシステムが車両に搭載されて用いられている。ナビ
ゲーションシステムでは、車両の走行距離と進行方位と
が求められ、これらに基づいて車両の現在位置座標（Ｐ
ｘ，Ｐｙ）が求められる。

【０００３】車両の進行方位は、車両の旋回角を累積す
ることにより求められる。すなわち、所定のサンプリン
グ周期毎の車両の旋回角Δθを１回前のサンプリング時
点で求められた方位θ₀に加算することにより、車両の
進行方位θ（＝θ₀＋Δθ）が得られる。たとえば、車
両が或る期間に距離ΔＬだけ走行したとする。このと
き、車両の移動量の東西方向成分Δｘは下記第(1) 式で
与えられ、南北方向成分Δｙは下記第(2) 式で与えられ
る。

【０００４】

【数１】 Δｘ＝ΔＬ× cosθ ・・・・ (1) Δｙ＝ΔＬ× sinθ ・・・・ (2) したがって、直前に求めた車両の位置座標（Ｐｘ′，Ｐ
ｙ′）に東西方向成分Δｘおよび南北方向成分Δｙを加
算することにより、車両の現在位置座標（Ｐｘ，Ｐｙ）
が得られる。すなわち、位置座標の東西方向成分Ｐｘお
よび南北方向成分Ｐｙはそれぞれ下記第(3) 式および第
(4) 式により得られる。

【０００５】

【数２】Ｐｘ＝Ｐｘ′＋Δｘ＝Ｐｘ′＋ΔＬ・ cosθ ・・・・ (3) Ｐｙ＝Ｐｙ′＋Δｙ＝Ｐｙ′＋ΔＬ・ sinθ ・・・・ (4) このようにして従前の位置座標に基づいて現在位置を推
定していく技術は、推測航法と呼ばれる。

【０００６】車両の旋回角は、一般に、車両の旋回角速
度をジャイロにより検出し、このジャイロ出力を積算す
ることによって得られる。ジャイロには、振動ジャイ
ロ、光ファイバジャイロおよびガスレートジャイロなど
の各種のものがある。ジャイロからは旋回角速度に対応
した信号が出力されるが、いずれの種類のジャイロの出
力にも、旋回角速度に無関係なオフセット成分が含まれ
ている。すなわち、旋回角速度が零のときでも、いくら
かの信号が出力される。したがって、予めオフセットを
求めておき、ジャイロ出力からオフセット成分を差し引
くことにより、はじめて正確な旋回角速度の検出が可能
となる。

【０００７】ところが、ジャイロのオフセットは、周囲
の湿度や温度などの環境条件の変化に伴ってドリフトす
るという性質がある。たとえば振動ジャイロでは、図４
に示すように、温度変化に伴ってオフセットに変動が生
じる。このオフセットの温度依存性は、ジャイロの種類
により異なり、また同一種類のジャイロであっても個体
差がある。

【０００８】したがって、一旦オフセットを求めても、
このオフセットは比較的短時間においてのみ有効であ
り、正確に方位を検出するためにはなるべく短時間間隔
でオフセットを新たな値に更新していく必要がある。車
載用ナビゲーションシステムにジャイロが適用される場
合には、一般に、車両が停車している期間や車両が直線
道路を走行している期間において、オフセットの更新が
行われる。すなわち、停車期間や直線道路走行期間に
は、車両の旋回角速度は零であるから、このときのジャ
イロ出力はその時点におけるオフセットそのものであ
る。このため、停車期間や直線道路走行期間において、
新たなオフセットを検知することができるのである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところが、高速道路を
走行している場合のように車両が長時間に渡って走行し
続ける場合や、山間部の曲がりくねった道路を走行して
いる場合には、オフセットが更新されない状態が長時間
継続する。このため、不正確なオフセットに基づいて補
正されたジャイロ出力を積算して得られる車両の旋回角
には、誤差が累積されることになる。このため、ナビゲ
ーションシステムにおける現在位置の検出が極めて不正
確となり、現在位置とは大幅に掛け離れた位置が現在位
置として算出されることになる。この状態では、運転者
の支援を行うというナビゲーションシステム本来の機能
が失われてしまう。

【００１０】この問題を解決するためには、直線道路走
行中以外の走行期間においても、オフセットの更新を行
うことが必要となる。そこで、本願出願人は、先に提出
した特開平３−１１８７２２号および特開平４−２４０
６２号において、地図マッチング技術を利用したオフセ
ット補正技術を提案している。地図マッチング技術と
は、車両の走行位置が道路上のいずれかの点に制限され
ることを利用して、算出された現在位置データを道路上
のいずれか確からしい位置に補正する技術である。

【００１１】上記の提案例に係るオフセット補正技術で
は、算出された現在位置の軌跡が道路地図上の道路と良
好に整合しているマッチング状態のときの道路の方位を
基に、オフセットの補正が行われる。道路の方位は、Ｃ
Ｄ−ＲＯＭなどで構成された道路地図メモリ内に記憶さ
れている正確な方位である。車両が走行すると、車両が
走行中の道路の方位も変化する。もしも、ジャイロ出力
が正確なオフセットで補正されているなら、この補正後
のジャイロ出力を累積して得られる車両の旋回角は、道
路の方位の変化量に等しいはずである。すなわち、道路
の方位の変化量と、補正後のジャイロ出力の累積値との
間に相違が生じたとすれば、この相違はオフセットのド
リフトに起因するものであるといえる。

【００１２】したがって、道路の方位の変化量と補正後
のジャイロ出力との比較によりオフセットのドリフト量
が得られ、このドリフト量に基づいてオフセットを補正
することにより、正確なオフセットが得られる。このよ
うに地図マッチング技術との併用によって、直線道路走
行中以外の期間であっても、原理的には、充分に短時間
間隔でオフセットを更新できる。

【００１３】ところが、たとえば、エンジンを始動させ
た直後のように、車両に取り付けられたジャイロの周囲
温度が劇的に変化するような場合（たとえば、エンジン
始動直後の期間には、２０℃から４０℃に、１０℃／時
間程度の速さで昇温する。）には、オフセットが短時間
でドリフトする。このため、ジャイロ出力を累積して検
出された検出方位には短時間で大きな誤差が生じること
となる。このような場合には、検出方位に基づいて推定
された現在位置が、道路地図に良好に整合しなくなるか
ら、地図マッチング技術による現在位置の補正が不可能
な状態となる。このため、結局、上記の提案例のオフセ
ット補正技術を採用することができなくなる。

【００１４】車両の移動範囲は広範囲に及ぶから、エン
ジンの始動直後だけでなく、ジャイロの近傍の環境には
常時大きな変化が生じている。このため、エンジンの始
動直後以外の走行期間中においても上記の不具合が生じ
る。この不具合を解消するためには、ジャイロのオフセ
ットの変動自体を低減することが必要である。

【００１５】そこで、本発明の目的は、上述の技術的課
題を解決し、ジャイロのオフセットの変動を抑制して、
角速度を正確に検出することができるようにした角速度
検出装置を提供することである。また、本発明の他の目
的は、ジャイロのオフセットの変動を抑制して、方位の
正確な検出を可能とした方位検出装置を提供することで
ある。

【００１６】本発明のさらに他の目的は、方位を正確に
検出することにより、移動体の現在位置を高精度で求め
ることができるようにした位置検出装置を提供すること
である。

【００１７】

【課題を解決するための手段および作用】上記の目的を
達成するための請求項１記載の角速度検出装置は、旋回
角速度に対応した出力信号中に周囲温度に依存するオフ
セットが含まれているジャイロと、このジャイロの少な
くとも機械的構成部を収容した断熱容器と、この断熱容
器中に収容され上記ジャイロの機械的構成部を加熱する
ためのヒータとを含むことを特徴とする。

【００１８】この構成によれば、ジャイロの機械的構成
部を断熱容器中に入れることで周囲の環境の変化によら
ずにオフセットの変動を抑制でき、また断熱容器中にジ
ャイロの機械的構成部を加熱するためのヒータを設ける
ことにより、断熱容器中の温度を調整できる。これによ
り、ジャイロの機械的構成部の温度をオフセットが安定
する温度領域に保持して、オフセットの変動を効果的に
抑制することができる。

【００１９】請求項２記載の方位検出装置は、移動体に
搭載されて用いられ、この移動体の方位を検出するため
の方位検出装置であって、上記請求項１記載の角度検出
装置と、この角度検出装置の出力信号から上記オフセッ
トを除去する出力補正手段と、この出力補正手段の出力
を積算して、上記移動体の旋回角を得る積算手段と、こ
の積算手段の出力に基づいて移動体の方位を算出する手
段とを含むことを特徴とする。

【００２０】この構成によれば、出力補正手段では、オ
フセットの変動が抑制された請求項１記載の構成の角速
度検出装置の出力から、オフセットが除去される。この
オフセット除去後の信号は、角速度に正確に対応してい
る。このため、出力補正手段の出力を積算手段で積算さ
せることにより、正確な角速度を積算して、正確な旋回
角を得ることができる。これにより、移動体の方位が正
確に求まる。

【００２１】請求項３記載の位置検出装置は、移動体に
搭載されて用いられ、移動体の移動距離と方位とを検出
して、移動体の現在位置を推定するようにした位置検出
装置において、上記移動体の方位を検出するための請求
項２記載の方位検出装置と、上記移動体の移動距離を検
出する距離検出手段と、上記方位検出装置および距離検
出手段の出力に基づいて、移動体の現在位置を算出する
位置算出手段とを含むことを特徴とする。

【００２２】この構成では、請求項２記載の方位検出装
置を移動体の方位の検出のために用いている。請求項２
記載の方位検出装置は上記のように方位を正確に検出で
きるから、位置算出手段では、方位検出装置の出力信号
と距離検出手段の出力信号とに基づいて、移動体の現在
位置を良好に検出することができる。請求項４記載の位
置検出装置は、移動体が明らかに旋回していないことを
検出する非旋回状態検出手段と、この非旋回状態検出手
段が、移動体が明らかに旋回していないことを検出した
ことに応答して、上記ヒータに通電する通電制御手段と
をさらに含むことを特徴とする。

【００２３】この構成では、ヒータへの通電は移動体が
明らかに旋回していない場合に行われる。これはヒータ
への通電によってジャイロの機械的構成部の温度が急激
に変化するから、この期間には大きなオフセット変動が
生じるおそれがあるからである。すなわち、移動体の旋
回中にヒータへの通電を行うと、オフセットが大幅に変
動するおそれがあるので、結果として方位の検出が不正
確になるおそれがある。

【００２４】このため、移動体が旋回していない期間に
ヒータへの通電を行い、旋回中にはオフセットが変動し
ないようにしている。なお、移動体が明らかに旋回して
いない期間に、オフセットを求めることとすれば、その
後の期間には新たに求められたオフセットに基づいて、
方位の検出を正確に行える。

【００２５】請求項５記載の位置検出装置は、上記非旋
回状態検出手段は、上記移動体が停止していることを検
出するものであることを特徴とする。この構成では、移
動体の停止期間には、移動体が明らかに旋回していない
ことを利用して、移動体の非旋回状態を検出することと
している。請求項６記載の位置検出装置は、上記断熱容
器中に設けられ、上記ジャイロの機械的構成部の周囲温
度を検出するための温度検出手段と、この温度検出手段
の出力に基づいて、上記ジャイロの機械的構成部の周囲
温度が所定範囲内に保持されるように上記ヒータへの通
電を制御する通電制御手段とをさらに含むことを特徴と
する。

【００２６】この構成によれば、断熱容器中には、ジャ
イロの機械的構成部の周囲温度を検出するための温度検
出手段が設けられている。そして、この温度検出手段の
出力信号に基づいて、通電制御手段によるヒータへの通
電制御が行われ、これにより、ジャイロの機械的構成部
の周囲温度が所定範囲内に保持される。このようにし
て、ヒータへの通電をいわばフィードバック制御して、
オフセットの変動が確実に抑制される。

【００２７】

【実施例】以下では、本発明の実施例を、添付図面を参
照して詳細に説明する。図２は本発明の一実施例の角速
度検出装置であるジャイロを用いたナビゲーションシス
テムの基本的な構成を示すブロック図である。このナビ
ゲーションシステムは移動体である車両に搭載されて用
いられ、車両の旋回角速度を検出するジャイロ２１と車
輪の回転速度などの検出により車両の速さを検出する車
速センサ２２とを有し、これらの出力が与えられる位置
算出手段としての位置検出部２３では、いわゆる推測航
法などによって車両の現在位置が推定される。車速セン
サ２２は、距離検出手段の一部をなし、この車速センサ
２２の出力を位置検出部２３で累積することより、車両
の移動距離が求まる。

【００２８】この位置検出部２３には、ジャイロ２１の
出力中に含まれるオフセットを記憶したオフセットメモ
リ３１が接続されており、現在位置の推定には、ジャイ
ロ２１の出力からオフセット値を差し引いて補正した値
が用いられる。位置検出部２３は、ＣＰＵ（中央処理装
置）など（図示せず。）から構成されており、ワークエ
リアとして機能するメモリ２３１、および車両の連続走
行時間を計測するための連続走行カウンタ２３２を内部
に有している。ジャイロ２１には、光ファイバジャイ
ロ、機械式ジャイロ、振動ジャイロおよびガスレートジ
ャイロなどの各種のものを用いることができる。

【００２９】位置検出部２３で検出された現在位置を表
す推定位置データは、ＣＰＵなどで構成された制御部２
４に与えられる。制御部２４は、ＣＤ−ＲＯＭなどで構
成された道路地図メモリ２５から上記推定位置データに
対応する地域の道路地図をメモリドライブ２６を介して
読み出し、この道路地図とともに上記推定位置をＣＲＴ
などの表示部２７に表示する。この表示部２７に関連し
て、キー入力部などを備えたコンソール２８が設けられ
ており、このコンソール２８から各種の指示入力操作を
行うことができる。位置検出部２３からは、推定位置デ
ータとともに、車両の進行方位（以下「車両の方位」と
いう。）を表す方位データも制御部２４に与えられ、表
示部２７では車両の方位も同時に表示される。

【００３０】位置検出部２３における位置検出は、上記
の推測航法と、この推測航法により得た推定位置とメモ
リドライブ２６を介して道路地図メモリ２５から読み出
された道路地図とのマッチングをとる地図マッチング法
とを併用して行われる（特開昭63−148115号公報、特開
昭64−53112 号公報等参照。）。この地図マッチング法
は、車両の現在位置は必ず道路上の一点であることを利
用して、推定位置を道路地図上の位置に補正する技術で
ある。

【００３１】道路地図メモリ２５には、ノードとリンク
との組合せからなる道路データなどが記憶されている。
ノードとは、道路地図上の所定の座標位置であり、分岐
点や道路の屈曲点などに設定されている。また、リンク
は、ノード間を連結した道路に対応しており、原則とし
て車両はこのリンク上の座標位置のみをとることができ
る。道路データは、ノードデータとリンクデータとから
なる。ノードデータは、ノード番号およびノードに接続
されるリンクのアドレスなどからなり、リンクデータは
リンク番号、リンクの始点ノードおよび終点ノードのア
ドレス、リンクの距離、車両がリンクを通過するときの
方位であるリンク方位、ならびに道路種別などからな
る。

【００３２】以下では、位置検出部２３における車両の
方位の検出について詳述する。車両の方位の検出は、上
述のように専らジャイロ２１の出力に基づいて行われ
る。ジャイロ２１の出力には、車両の旋回角速度が零の
ときの出力であるオフセット値が含まれている。このオ
フセット値はオフセットメモリ３１に記憶されており、
位置検出部２３は、ジャイロ２１の出力をオフセットメ
モリ３１に記憶されたオフセット値を差し引くことによ
り補正し、この補正後の値を累積することによって、車
両の方位変化量を検出する。したがって、初期方位をコ
ンソール２８などから与えておけば、車両の方位を検出
できる。このように、上記位置検出部２３は、出力補正
手段および積算手段などとして機能する。

【００３３】一方、オフセット値は温度や湿度の変化に
よりドリフトするという性質を有しているため、オフセ
ットメモリ３１に記憶された一定のオフセット値を常時
使用することとすると、上記ドリフトによる誤差が累積
されて検出方位に大きな誤差を生じさせてしまう。この
ため、ドリフト量を補正した正しいオフセット値を適宜
検出してオフセットメモリ３１の内容を更新し、更新さ
れたオフセット値によりジャイロ出力の補正を行うこと
が必要である。このようなオフセット値の更新は、でき
る限り短い時間間隔で行われることが好ましく、長時間
にわたって一定のオフセット値を用いると、検出方位に
大きな誤差を生じさせることになりかねない。

【００３４】車両が信号などで停止した場合には、この
停止中の真の旋回角速度は零であるから、この停止中の
ジャイロ２１の出力を従前のオフセット値で補正した値
は、ドリフト量そのものとなる。このため、位置検出部
２３は、車両が停止するたびに、補正されたジャイロ２
１の出力に基づいてオフセットドリフト量を検出し、こ
のオフセットドリフト量を補正した新たなオフセット値
を求め、オフセットメモリ３１の記憶値を新たなオフセ
ット値に更新する。

【００３５】一方、高速道路や山間部などを走行してい
るときには、車両の連続走行時間が長くなるから、車両
が走行中であってもオフセット値を更新することが必要
となる。この場合にオフセット値の更新は、位置検出部
２３が実行する次のソフトウェア処理により実現され
る。図７は、走行中においてオフセット値を補正するた
めの処理を説明するためのフローチャートである。この
処理は、所定時間（例えば０．１秒）ごとの割込み処理
により行われる。ステップＳ１〜４では、ジャイロ２１
のデータと車速センサ２２のデータを取り込み、それぞ
れ積算して方位及び走行距離を求める。

【００３６】ステップＳ５では走行距離が２メートルを
超えたかどうかを判断し、２メートル進むたびごとに位
置検出処理（ステップＳ６）、ならびに後述する方位差
収集処理（ステップＳ７）および方位補正処理（ステッ
プＳ８）を行う。位置検出処理（ステップＳ６）では、
推測航法などにより検出された車両の推定位置の軌跡
と、この推定位置の近傍のリンクとの相関度が演算され
る。そして、所定の相関関係を有するリンクが存在して
おり、したがって、当該リンクと推定位置の軌跡とが良
好に整合しているマッチング状態であるかどうかが判断
される。

【００３７】ステップＳ７の方位差収集処理は、図８に
示されている。すなわち、まず、マッチング状態である
かどうかが判断される（ステップＳ７１）。マッチング
状態であればステップＳ７２において、その時点での地
図上のリンクの方位θ^l _iと、ジャイロ２１積算方位θ
_iとの差異が上限値θ₁未満かどうかが調べられ、上限
値θ₁未満の場合には方位差データとして収集される。
そして、ステップＳ７３において過去の方位差データ
（θ_i−θ^l _i）の平均がとられ、この平均値が、Δθ
_iとして登録される。このようにリンクの方位θ
^l _iと、ジャイロ積算方位θ_iとを比較し平均をとるの
は、地図上のリンクの方位θ^l _iが大雑把で誤差がある
場合があるからである。すなわち、リンクの方位θ^l _i
とジャイロ２１積算方位θ_iとの差異が大きすぎる場合
は、データとして採用しないようにし、データとして採
用された場合であってもばらつきをできるだけ押さえる
ために平均値を求めたのである。

【００３８】なお、ステップＳ７１でマッチング状態で
ないと判定されたときにも、方位差データの平均値の計
算と登録は行わない。マッチング状態でなければリンク
方位を求める意味はないからである。ステップＳ８の方
位補正処理は、図９および図１０に示されている。すな
わち、まず、方位差データの登録が行われたかどうかが
調べられる（ステップＳ８１）。方位差データが登録さ
れた場合には、最近に登録された２つの方位差データの
平均値Δθ_i，Δθ_jの差が上限値θ₂未満かどうかが
判定される（ステップＳ８２）。このような判定をする
のは、方位差そのものにばらつきがないかどうかをチェ
ックするためである。ばらつきが少なければステップＳ
８３において方位差データの平均値Δθ_iの平均値Δθ
_Mがさらに求められる。そしてこの新しい平均値Δθ_M
を方位補正値として用いてジャイロ積算方位θが補正さ
れる（ステップＳ８４）。

【００３９】次に、図１０のステップＳ８５では、今回
求めた方位補正値Δθ_M(k) と前回の方位補正値Δθ_M
(k-1) との極性が同じかどうかが調べられる。図１１
(a) は今回の方位補正値Δθ_M(k) と前回の方位補正値
Δθ_M(k-1) とが同符号の場合、図１１(b) は今回の方
位補正値Δθ_M(k) と前回の方位補正値Δθ_M(k-1) と
が異符号の場合をそれぞれ示している。なお、θ^Gはジ
ャイロ２１の出力からオフセット値を差し引いた後の値
を積算して得られる方位を表している。

【００４０】今回求めた方位補正値Δθ_M(k) と前回の
方位補正値Δθ_M(k-1) とが同符号であれば、ジャイロ
積算方位の誤差は同じ傾向を示していることになり、オ
フセットに基づくものと推測できるし、異符号であれば
ジャイロ積算方位の誤差はそれ以外のノイズに基づくも
のであると推測できる。これは、オフセットのドリフト
には一定の傾向があるのに対して、ノイズは無秩序に生
じるからである。

【００４１】したがって、ステップＳ８６では今回の方
位補正値Δθ_M(k) と前回の方位補正値Δθ_M(k-1) と
の差が同符号の場合にのみオフセット補正値Δωが求め
られる（ステップＳ８６）。補正値Δωは、方位補正値
Δθを補正の時間間隔で割ることにより得られる。そし
て、この補正値Δωがジャイロ２１の角速度出力ωに加
えられる（ステップＳ８７）。そして、リターンする
（図７参照。）。

【００４２】このように、マッチング状態と判定された
時点における車両の現在位置に対応するリンクの方位
と、ジャイロの積算方位との方位差データに基づいて、
方位の補正を行うとともに、今回の方位補正値Δθ
_M(k) と、前回の方位補正値Δθ_M(k-1) との極性が一
致しているかどうかを調べ、一致している場合にのみジ
ャイロのオフセットを更新するようにしているので、単
にノイズによるジャイロの積算方位の変動を、オフセッ
トの変動と誤認することはなくなる。

【００４３】また、ジャイロ方位とリンク方位との差で
ある方位差データを利用するに当たり、過去に収集され
た複数の方位差データの過大なものを排除したり平均操
作を施している。このため、地図上のリンク方位が十分
に正確でない場合でも、ジャイロのオフセットを良好に
補正できる。図３はジャイロ２１に関連する電気的構成
を示すブロック図である。ジャイロ２１にはたとえば振
動ジャイロが用いられる。すなわち、三角柱状の振動体
１０の各側面に圧電素子１１，１２，１３が設けられて
いる。一対の圧電素子１１，１２は振動体１０を振動さ
せるための励振と振動体１０の軸線１４まわりの角速度
Ωを検出するための角速度検出とのために兼用される。
そして、もう一つの圧電素子１３は、振動体１０の振動
をフィードバックして振動を安定させるために用いられ
る。

【００４４】圧電素子１３の出力は発振回路１５に与え
られ、この発振回路１５の出力が位相補正回路１６から
一対の圧電素子１１，１２に与えられている。一方、圧
電素子１１，１２の出力信号は差動増幅回路１７に与え
られてその差分が検出され、この差動増幅回路１７の出
力信号が同期検波回路１８で半波整流され、この整流さ
れた信号が直流増幅回路１９で直流信号に変換される。

【００４５】圧電素子１１，１２による励振により振動
体１０には、圧電素子１１が形成された２つの側面に対
称な方向ＲＢに沿って振動が生じる。このため、軸線１
４まわりの角速度Ωが零であれば、圧電素子１１，１２
で検出される振動は等しく、このため、差動増幅回路１
７の出力信号は零になる。一方、角速度Ωが零でないと
き、すなわち、車両が旋回しているときには、振動体１
０には振動方向ＲＢに垂直な方向にコリオリの力が働
く。このコリオリの力のために、圧電素子１１，１２の
出力には変動が生じることになる。たとえばば、コリオ
リの力が圧電素子１１に対して振動体１０の内部から外
部に向かう方向に作用するときには、圧電素子１２に対
しては振動体１０の外部から内部に向かう方向に作用す
る。

【００４６】このため、たとえば圧電素子１１の出力信
号の振幅が減少すると、圧電素子１２の出力信号の振幅
が増加し、圧電素子１１の出力信号の振幅が増加すれ
ば、圧電素子１２の出力信号の振幅が減少する。すなわ
ち、図３において参照符号Ｓ１，Ｓ２で示す波形の信号
が圧電素子１１，１２からそれぞれ出力される。なお、
破線は角速度Ωが零のときの出力波形を示す。

【００４７】このようにして、軸線１４まわりに零でな
い角速度Ωが与えられると、圧電素子１１，１２にはそ
の角速度Ωに応じた出力差が生じることになる。コリオ
リの力は角速度に比例するから、結局、差動増幅回路１
７の出力は角速度に相当することになる。この差動増幅
回路１２の出力信号波形を参照符号Ｓ３で示す。また、
同期検波回路１８で半波整流された信号波形を参照符号
Ｓ４で示す。この信号を直流信号に変換することによ
り、参照符号Ｓ５で示す直流電圧が得られる。

【００４８】直流増幅回路１９の出力信号は位置検出部
２３に入力される。位置検出部２３では、直流増幅回路
１９の出力信号をディジタルデータに変換するなどし
て、角速度情報に変換する。図１は、ジャイロ２１に関
連する構成の概念図である。ジャイロ２１の機械的構成
部２１Ｍは、断熱容器４０内に収容されている。ジャイ
ロ２１の機械的構成部２１Ｍとは、上述の振動体１０や
圧電素子１１，１２，１３などである。

【００４９】断熱容器４０にはさらに、ジャイロ２１の
機械的構成部２１Ｍを加熱するためのヒータ４１が収容
されている。このヒータ４１は、抵抗体を断熱容器４０
内に配置することにより構成してもよく、断熱容器４０
の内壁にパターン抵抗を印刷形成して構成してもよい。
断熱容器４０内にはさらに、ジャイロ２１の機械的構成
部２１Ｍの近傍の温度Ｔａを検出するための温度センサ
４２が収容されている。この温度センサ４２はたとえば
サーミスタなどにより構成され得る。

【００５０】温度センサ４２の出力信号は位置検出部２
３内に設けられた通電制御手段であるコントローラ４５
に与えられている。このコントローラ４５は、ヒータ４
１に電力を供給するためのヒータ駆動回路４３を制御す
る。コントローラ４５には、さらに、車両が停止してい
ることを検出する停止検出部４４が接続されている。こ
の停止検出部４４は、非旋回状態検出手段として機能す
る。

【００５１】停止検出部４４は、たとえばパーキングブ
レーキスイッチからの信号を監視したり、車速センサ２
２の出力を監視したり、加速度センサの出力を監視した
りする構成によって実現される。本実施例では、車両の
停止期間中にヒータ４１への通電が行われ、断熱容器４
０内の保温が行われる。また車両の走行中には、ジャイ
ロ２１自身の発熱により、断熱容器４０内の保温が達成
される。

【００５２】これにより、温度Ｔａが図４に示す安定温
度範囲ＳＴ内の値に保持される。この安定温度範囲ＳＴ
は、ジャイロ２１のオフセットが安定する範囲である。
すなわち、ジャイロ２１の出力中に含まれるオフセット
は、図４に示すように温度に伴って変化するが、安定温
度範囲ＳＴでは、変動幅が少ない。このため、断熱容器
４０内の温度が安定温度範囲ＳＴ内の値に保持されれ
ば、オフセットのドリフトが抑制される。

【００５３】なお、ジャイロにおけるオフセットの温度
特性は、或る程度調整可能であり、安定温度範囲ＳＴを
低温側にずらしたり高温側にずらしたりすることができ
る。そこで、本実施例では、安定温度範囲ＳＴは、ジャ
イロ２１の使用環境における最高温度よりも少し高い領
域に設定されている。図５は、エンジンを始動させた直
後の期間における動作を説明するためのタイミングチャ
ートである。図５(a) は停止検出部４４で検出される車
両の走行／停止を示し、図５(b) はヒータ４１への通電
状態を示し、図５(c) は温度センサ４２により検出され
るジャイロ２１の機械的構成部２１Ｍの雰囲気温度Ｔａ
を示し、図５(d) はジャイロ２１の出力中に含まれるオ
フセットの時間変動を示している。

【００５４】時刻ｔ０にエンジンが始動されると、一定
の時間ΔＴだけ経過した後の時刻ｔ１までの期間にヒー
タ４１への通電が行われる。時間ΔＴは、一般的に予想
される停車時間の最小値よりも短い範囲で、できるだけ
長く設定されることが好ましい。時刻ｔ０〜ｔ１の期間
には、図５(c) において参照符号Ａ１で示すように温度
センサ４２の検出温度Ｔａは上昇していく。

【００５５】時刻ｔ１からの期間には、断熱容器４０内
の温度Ｔａは低下するが、断熱容器４０の断熱作用とジ
ャイロ２１の機械的構成部２１Ｍからの発熱のために温
度Ｔａの低下は緩やかになる。また、時刻ｔ１から車両
が移動を開始する時刻ｔ２までの期間には、ジャイロ２
１の出力に基づいてオフセット値が求められる。この停
止期間中におけるオフセットの検出については、上述の
とおりである。

【００５６】時刻ｔ２からの期間には、時刻ｔ１〜ｔ２
の期間に求めたオフセット値に基づいてジャイロ２１の
出力を補正することにより、車両の旋回角速度が検出さ
れ、これに基づいて車両の旋回角度が位置検出部２３で
検出される。位置検出部２３はまた、車速センサ２２出
力信号を累積することにより車両の走行距離を算出す
る。そして、この走行距離と、ジャイロ２１の出力を処
理して得られた旋回角度とに基づき、車両の現在位置が
推定される。

【００５７】断熱容器４０による断熱作用のために、時
刻ｔ１からの期間における断熱容器４０中の温度Ｔａ
（すなわちジャイロ２１の機械的構成部２１Ｍの周囲温
度）は、あまり変化しない。このため、図５(d) におい
て参照符号Ａ２で示すように、時刻ｔ１以後におけるオ
フセットは安定している。したがって、時刻ｔ２〜ｔ３
の車両が走行している期間には、時刻ｔ１〜ｔ２の期間
に求めたオフセット値に基づいてジャイロ２１の出力を
補正すれば、正確な旋回角速度が検出されることにな
る。この結果、時刻ｔ２〜ｔ３の走行期間ＴＤ１におけ
る車両の旋回角度の検出は極めて正確に行える。よっ
て、走行期間ＴＤ１には、車両の現在位置を高精度で推
定できる。

【００５８】時刻ｔ３において車両が停止すると上記の
時間ΔＴにわたってヒータ４１への通電が行われる。こ
のため、オフセットは、参照符号Ａ３で示すように大き
な変動を示すことになる。しかし、この時刻ｔ３〜ｔ４
の期間には車両が停止しているので、位置検出部２３で
推定位置の算出が行われることはない。したがって、こ
の期間におけるオフセットの変動は問題ではない。

【００５９】時刻ｔ４からの期間にはヒータ４１への通
電が停止され、この時刻ｔ４以後には断熱容器４０内の
温度Ｔａは安定する。そして、時刻ｔ４から次に車両が
走行を開始する時刻ｔ５までの期間においてオフセット
値が更新される。したがって、時刻ｔ５からの期間に車
両が走行を開始すると、この期間における方位の推定
は、ジャイロ２１の出力信号を時刻ｔ４〜ｔ５の期間に
求めた新たなオフセット値に基づいて行われることにな
る。

【００６０】時刻ｔ５以後は、上述の動作が繰り返さ
れ、図４の安定温度範囲ＳＴ内の温度まで温度が上昇さ
せられる。そして、温度センサ４２の検出温度が、安定
温度範囲ＳＴ内に設定した所定の目標温度に達した後
は、この目標温度と温度センサ４２の検出温度との比較
結果に基づいて停車時におけるヒータ４１への通電時間
が定められる。

【００６１】もしも、停車期間中におけるヒータ４１へ
の通電により断熱容器４０内の温度Ｔａが断熱容器４０
外の温度よりも低い温度まで上昇した場合には、通電停
止後の期間に温度Ｔａは断熱容器４０外の温度に緩やか
に近づいていくことになる。この場合には、ヒータ４１
への通電によって断熱容器４０内の温度を予め断熱容器
４０外の温度に近づけていることになるから、通電停止
後の温度変化が一層緩慢になる。

【００６２】一方、停車期間中におけるヒータ４１への
通電によって断熱容器４０内の温度が断熱容器４０外の
温度よりも高くなったときには、通電停止後の期間には
温度センサ４２による検出温度Ｔａは緩やかに下降す
る。上述のように、ジャイロ２１の安定温度範囲ＳＴ
は、断熱容器４０の周囲の温度の最大値よりも少し高め
に設定されているから、エンジンを始動してから長時間
を経過して断熱容器４０内の温度が上記の目標温度まで
昇温され後の期間には、通電停止後には温度センサ４２
による検出温度Ｔａは下降することなる。

【００６３】この場合、温度Ｔａの変化を一層緩慢にす
るには、たとえば、走行期間中において、温度センサ４
２の検出温度をヒータ駆動回路４３によるヒータ４１の
通電制御のためにフィードバックすればよい。すなわ
ち、たとえば、温度センサ４２の検出温度と上記の目標
温度との差を求め、これに基づいてヒータ４１への給電
をたとえばＰＷＭ（パルス幅変調）制御するようにすれ
ばよい。これにより、断熱容器４０内の温度の低下を抑
制できるから、走行期間におけるオフセットの変動を効
果的に低減できる。

【００６４】なお、停車時間が長い場合には、図６に示
すように、所定の時間間隔Δで、ヒータ４１のオン／オ
フが繰り返される。車両の走行開始は、ヒータ４１への
通電制御とは非同期に発生する事象であるから、ヒータ
４１への通電時間ΔＴ１，ΔＴ２，ΔＴ３は、ヒータ４
１への通電による断熱容器４０内の温度の上昇に起因し
てオフセットが過度に変動しない程度の短時間に選択さ
れることが好ましい。

【００６５】たとえば、走行／停止の判断がパーキング
ブレーキ信号などのように、実際に車両が走行し始める
以前に変化する信号に基づいて行われる場合には、車両
が走行中であることを表す信号が導出される時刻ｔ１１
と実際に車両が走行し始める時刻とにはずれがある。し
たがって、たとえ時刻ｔ１１の直前の期間までヒータ４
１への通電が行われた場合であっても、時刻ｔ１１にお
いて通電を直ちに停止し、この時刻ｔ１１からの短時間
に新たなオフセットを算出すれば、オフセットの更新を
支障なく行える。

【００６６】以上のように本実施例によれば、断熱容器
４０内にジャイロ２１の機械的構成部２１Ｍを収容して
いる。また、この機械的構成部２１Ｍは、ヒータ４１に
より加熱できるようになっている。そして、車両が停止
している期間には、ヒータ４１への通電が行われて断熱
容器４０内の温度の維持が図られ、車両が走行している
期間には、ジャイロ２１の機械的構成部２１Ｍからの発
熱により断熱容器４０内の温度が維持される。しかも、
断熱容器４０の断熱作用により、その内部の温度変化は
緩慢になる。

【００６７】この結果、ジャイロ２１の機械的構成部２
１Ｍの雰囲気温度は走行中はほぼ一定に保たれるので、
走行中においてジャイロ２１の出力中に含まれるオフセ
ットが大きく変動することはない。一方、エンジンを始
動した直後の期間には、車両が停止している期間におけ
るヒータ４１への通電により断熱容器４０内の温度が上
昇させられ、安定温度範囲ＳＴ内の目標温度に近づけら
れる。また、走行期間中には、断熱容器４０の断熱作用
により、断熱容器４０の内部温度はほぼ一定に保持され
る。このため、たとえばエンジン始動直後の期間におい
て、エンジンからの発熱のために断熱容器４０の外部温
度が劇的に上昇しても、オフセットの大きなドリフトが
生じることを防止できる。

【００６８】しかも、車両が停車するたび毎に、目標温
度に近づけるための昇温とオフセットの更新とが繰り返
され、走行期間中にはオフセットの安定化が図られてい
るから、ジャイロ２１の機械的構成部２１Ｍの温度が目
標温度に達する以前の期間から方位検出を良好に行え
る。換言すれば、始動開始直後の期間から、方位の検出
を高精度で行える。

【００６９】この結果、ジャイロ２１の出力を累積して
得られた車両の旋回角に基づいて現在位置を算出した場
合に、この現在位置の軌跡が道路地図メモリ２５（図２
参照。）に記憶された地図から掛け離れることはなく、
地図マッチング法による現在位置の検出が良好に行え
る。したがって、上記の図７〜図１１に示された地図マ
ッチング法を併用した走行中におけるオフセットの更新
処理もまた、良好に行うことができる。

【００７０】本発明の実施例の説明は以上のとおりであ
るが、本発明は上記の実施例に限定されるものではな
い。たとえば、上記の実施例では、主として停車期間中
にヒータ４１に通電して断熱容器４０内の温度を昇温さ
せるようにしているが、連続走行時間が長時間に渡ると
きには、位置検出部２３で検出された現在位置と道路地
図メモリ２５内の道路地図とが良好にマッチングしてい
ることを条件として、走行中にもヒータ４１への通電に
よる断熱容器４０内の昇温を行わせることとしてもよ
い。この場合には、ヒータ４１への通電により断熱容器
４０内の温度が上昇する期間には、ジャイロ２１の出力
を無効化すればよい。

【００７１】また、ジャイロの個体差のためにオフセッ
トが安定する安定温度範囲が個々のジャイロで異なる場
合には、事前に安定温度範囲を測定し、この安定温度範
囲内の目標温度をメモリに記憶させておけばよい。その
他、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の設計変更を
施すことが可能である。

【００７２】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、ジャイロ
の機械的構成部の温度変化が抑制される。この結果、ジ
ャイロの出力信号中に含まれているオフセット成分の変
動を抑制できる。これにより、角速度の検出を精度良く
行えるようになり、ひいては移動体の方位などを正確に
検出できるようになる。この結果、移動体の現在位置の
推定も精度良く行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例におけるジャイロに関連する構
成を示すブロック図である。

【図２】上記実施例に適用されるナビゲーションシステ
ムの構成を示すブロック図である。

【図３】振動ジャイロ装置の電気的構成を示すブロック
図である。

【図４】振動ジャイロにおけるオフセットの温度変化を
示す図である。

【図５】動作を説明するためのタイミングチャートであ
る。

【図６】動作を説明するためのタイミングチャートであ
る。

【図７】車両が走行している期間においてオフセット値
を更新するための処理を表すフローチャートである。

【図８】車両が走行している期間においてオフセット値
を更新するための処理を表すフローチャートである。

【図９】車両が走行している期間においてオフセット値
を更新するための処理を表すフローチャートである。

【図１０】車両が走行している期間においてオフセット
値を更新するための処理を表すフローチャートである。

【図１１】オフセット値を更新するための処理における
極性判定の意味を説明するための図であり、(a) はオフ
セットに起因して誤差が生じている場合を示し、(b) は
オフセット以外の原因のために誤差が生じている場合を
示す。

【符号の説明】

２１ジャイロ２１Ｍ機械的構成部２２車速センサ２３位置検出部２５道路地図メモリ３１オフセットメモリ４１ヒータ４２温度センサ４３ヒータ駆動回路４４停止検出部４５コントローラ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】旋回角速度に対応した出力信号中に周囲温
度に依存するオフセットが含まれているジャイロと、このジャイロの少なくとも機械的構成部を収容した断熱
容器と、この断熱容器中に収容され上記ジャイロの機械的構成部
を加熱するためのヒータとを含むことを特徴とする角速
度検出装置。
【請求項２】移動体に搭載されて用いられ、この移動体
の方位を検出するための方位検出装置であって、上記請求項１記載の角度検出装置と、この角度検出装置の出力信号から上記オフセットを除去
する出力補正手段と、この出力補正手段の出力を積算して、上記移動体の旋回
角を得る積算手段と、この積算手段の出力に基づいて移動体の方位を算出する
手段とを含むことを特徴とする方位検出装置。
【請求項３】移動体に搭載されて用いられ、移動体の移
動距離と方位とを検出して、移動体の現在位置を推定す
るようにした位置検出装置において、上記移動体の方位を検出するための請求項２記載の方位
検出装置と、上記移動体の移動距離を検出する距離検出手段と、上記方位検出装置および距離検出手段の出力に基づい
て、移動体の現在位置を算出する位置算出手段とを含む
ことを特徴とする位置検出装置。
【請求項４】移動体が明らかに旋回していないことを検
出する非旋回状態検出手段と、この非旋回状態検出手段が、移動体が明らかに旋回して
いないことを検出したことに応答して、上記ヒータに通
電する通電制御手段とをさらに含むことを特徴とする請
求項３記載の位置検出装置。
【請求項５】上記非旋回状態検出手段は、上記移動体が
停止していることを検出するものであることを特徴とす
る請求項４記載の位置検出装置。
【請求項６】上記断熱容器中に設けられ、上記ジャイロ
の機械的構成部の周囲温度を検出するための温度検出手
段と、この温度検出手段の出力に基づいて、上記ジャイロの機
械的構成部の周囲温度が所定範囲内に保持されるように
上記ヒータへの通電を制御する通電制御手段とをさらに
含むことを特徴とする請求項３記載の位置検出装置。