JPH07128062A - 方位検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】旋回角速度センサの出力をディジタル値に変換
する際の分解能を向上させることができる方位検出装置
を提供すること。 【構成】差動増幅部２０において、走行中にジャイロ１
から出力されたジャイロ出力から停車中のジャイロ出力
である基準電圧（オフセット）を差引き、その結果得ら
れた補正ジャイロ出力を、その読取範囲が補正ジャイロ
出力の出力範囲に相当するように設定されたＡ／Ｄ変換
部２３に与える。 【効果】旋回角速度センサの出力の変化をその変化に対
応したディジタル信号に最良の精度で変換することがで
きるので、旋回角速度を高精度に得ることができ、その
結果、方位を高精度に検出できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバジャイロ、
機械式ジャイロ、振動ジャイロ、ガスレートジャイロな
どの旋回角速度センサを用いて車両などの移動体におけ
る方位を検出するための方位検出装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来から、車両、航空機および船舶など
の移動体において、その進行方向などの所定の方位を検
出するために、旋回角速度センサが広く適用されてい
る。この旋回角速度センサの出力信号には適当な処理が
施され、車両などの移動に伴って生じる方位変化量が累
積されることにより移動体の方位が検出される。

【０００３】より詳細に説明すると、上記旋回角速度セ
ンサは、移動体が旋回すると、その旋回角速度に応じた
アナログ信号を連続的に出力する。一方、方位変化量を
演算するのは、通常、ＣＰＵ（中央演算処理装置）など
のディジタル装置である。そのため、一般に、旋回角速
度センサとＣＰＵなどとの間に、アナログ信号をディジ
タル信号に変換するためのアナログ／ディジタル変換器
（以下「Ａ／Ｄ変換器」という）が挿入されている。な
お、以下では、アナログ信号をディジタル信号に変換す
る処理のことを「Ａ／Ｄ変換処理」という。

【０００４】上記Ａ／Ｄ変換器には、旋回角速度センサ
からの出力信号のすべてを処理できるように、入力電圧
範囲が予め設定されている。ここで、この入力電圧範囲
は、旋回角速度センサの出力範囲に比べて比較的大きく
設定している。これは、停車中や直線走行中のようにセ
ンサ出力が零であるべきときでも温度や湿度の影響のた
めに発生する幾らかのオフセットが、走行中または航行
中における温度や湿度の変動によりドリフトすることを
考慮しているからである。つまり、旋回角速度センサの
出力はこのオフセットドリフトにより変動するおそれが
あるので、この変動によってＡ／Ｄ変換器の入力電圧範
囲を越えることを防止するために、Ａ／Ｄ変換器の入力
電圧範囲を比較的大きく設定しているのである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述のよう
に、オフセットドリフトを考慮してＡ／Ｄ変換器の入力
電圧範囲を設定すると、Ａ／Ｄ変換処理後の分解能が悪
くなり、その結果、方位を高精度に検出できなくなると
いう不具合が生じていた。より詳細に説明すると、Ａ／
Ｄ変換器の分解能は、その出力ビット数が同じであれ
ば、その入力電圧範囲の大きさに関係し、上記のよう
に、比較的大きく入力電圧範囲を設定していると、Ａ／
Ｄ変換器の分解能も悪くなる。そのため、オフセット補
正を精度良く行うことができず、その結果、旋回角速度
を精度良く求めることができなくなり、ひいては方位を
高精度に検出することができないということになる。

【０００６】そこで、本発明の目的は、上述の技術的課
題を解決し、旋回角速度センサの出力をディジタル信号
に変換する際の分解能を向上することができる方位検出
装置を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の方位検出装置では、アナログ信号をディジタ
ル信号に変換する変換手段は、補正手段によりオフセッ
ト補正が施された後の旋回角速度センサのアナログ信号
出力をディジタル信号に変換処理するものであり、当該
変換処理を行う範囲をオフセットドリフトを考慮しない
旋回角速度センサ固有の出力範囲に相当するように設定
していることを特徴とする。

【０００８】

【作用】上記構成では、オフセット補正が施された後の
旋回角速度センサのアナログ信号出力を、変換手段によ
りディジタル信号に変換している。オフセット補正が施
された後の旋回角速度センサのアナログ信号出力は、オ
フセットドリフトを考慮しない旋回角速度センサ固有の
出力に相当する。このとき、変換手段で変換処理を行え
る範囲（以下「読取範囲」という）を上記旋回角速度セ
ンサ固有の出力範囲に相当するように設定しているの
で、旋回角速度センサの出力の変化を、その変化に対応
したディジタル信号に最良の精度で変換することができ
る。すなわち、従来と比べてディジタル信号に変換する
際の分解能を向上させることができる。

【０００９】

【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、本発明の方位検出装置
を適用したナビゲーション装置の構成を示すブロック図
である。このナビゲーション装置は移動体である車両に
搭載されて用いられるもので、車両の旋回角速度を検出
する旋回角速度センサであるジャイロ１と、車輪の回転
速度などの検出により車両の速度を検出する車速センサ
２と、上記ジャイロ１および車速センサ２の各出力が与
えられる位置検出部３を有している。位置検出部３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。

【００１０】位置検出部３は、図示しないＣＰＵ（中央
演算処理装置）などから構成されており、ジャイロ１の
出力（以下「ジャイロ出力」という）に基づいて車両の
進行方位を検出するための方位検出装置４を内部に有し
ている。ジャイロ１では、停車中のときのように、セン
サ出力が零であるべきときでも、温度や湿度の影響によ
りオフセット（以下「基準電圧」という）を発生する傾
向がある。そのため、上記ジャイロ出力は、停車中には
基準電圧そのものとなり、走行中にはその基準電圧に車
両の旋回によって発生する電圧が加算された値となる。
なお、ジャイロ１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。

【００１１】位置検出部３で検出された現在位置を表す
推定位置データは、ＣＰＵを備えた制御部５に与えられ
る。制御部５では、ＣＤ−ＲＯＭなどで構成された道路
地図メモリ６から上記推定位置データに対応する地域の
道路地図がメモリドライブ７を介して読出され、この道
路地図とともに上記推定位置がＣＲＴなどの表示部８で
表示される。また、この表示部８に関連してキー入力部
を備えたコンソール９が設けられており、各種の指示入
力操作を行うことができる。位置検出部３からは、推定
位置データとともに、車両の方位を表す方位データも制
御部５に与えられ、表示部８では車両の方位も同時に表
示される。

【００１２】位置検出部３における位置検出は、上記推
測航法と、この推測航法により検出された推定位置とメ
モリドライブ７を介して道路地図メモリ６から読出され
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。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。

【００１３】図１は、上記方位検出装置４の構成を示す
ブロック図である。この方位検出装置４は、ジャイロ出
力から後述する基準電圧アナログ値を差引き、その差引
後の値を増幅する差動増幅部２０を備えている。なお、
本実施例では、この差動増幅部２０、後述する基準電圧
計算部およびＤ／Ａ変換部が補正手段に相当する。差動
増幅部２０の出力（以下「補正ジャイロ出力」という）
は、複数の入力信号の中からある特定の入力信号を選択
するマルチプレクサ部２１に与えられており、このマル
チプレクサ部２１にはジャイロ出力もライン２２を介し
て直接与えられている。マルチプレクサ部２１にはさら
に、車速センサ２の出力も与えられている。マルチプレ
クサ部２１は、車速センサ２の出力に基づき、車両が停
止していると認識した場合は、ジャイロ出力を選択し、
車両が走行していると認識した場合には、補正ジャイロ
出力を選択するようにされている。

【００１４】マルチプレクサ部２１の出力は、変換手段
であるＡ／Ｄ変換部２３に与えられている。このＡ／Ｄ
変換部２３は、マルチプレクサ部２１から与えられたジ
ャイロ出力または補正ジャイロ出力に対応した各ディジ
タル値を所定の出力ビット数（たとえば１０ビット）の
形式で出力するもので、この各ディジタル値は、スイッ
チＳＷ１またはスイッチＳＷ２を介してそれぞれ基準電
圧計算部２４または図示しない方位演算部に与えられ
る。

【００１５】上記スイッチＳＷ１，ＳＷ２には車速セン
サ２の出力が与えられており、スイッチＳＷ１，ＳＷ２
はこの車速センサ２の出力に基づき導通／非導通状態と
なる。すなわち、スイッチＳＷ１は車速センサ２の出力
が零のとき、すなわち車両が停止しているときにのみ導
通し、零以外のとき、すなわち車両が走行しているとき
には導通しない。一方、スイッチＳＷ２はその反対で、
車速センサ２の出力が零以外のときにのみ導通し、零の
ときには導通しない。

【００１６】これは、上述のマルチプレクサ部２１の選
択条件と同じであり、スイッチＳＷ１が導通していると
きにはマルチプレクサ部２１はジャイロ出力を選択して
出力しており、スイッチＳＷ２が導通しているときには
マルチプレクサ部２１は補正ジャイロ出力を選択して出
力している。したがって、スイッチＳＷ１が導通してい
る場合は、ジャイロ出力に対応するジャイロ出力ディジ
タル値がＡ／Ｄ変換部２３からスイッチＳＷ１を介して
基準電圧計算部２４に与えられ、スイッチＳＷ２が導通
している場合には、補正ジャイロ出力に対応する補正ジ
ャイロ出力ディジタル値がＡ／Ｄ変換部２３からスイッ
チＳＷ２を介して方位演算部に与えられる。なお、Ａ／
Ｄ変換部２３は、たとえば１０Ｈｚ（１００ｍｓ）ごと
に上記各ディジタル値を出力する。

【００１７】基準電圧計算部２４は、スイッチＳＷ１が
導通しているとき、すなわち車両が停止しているとき
に、所定時間（たとえば４秒）の間に与えられるジャイ
ロ出力ディジタル値の時間平均値を求め、これを基準電
圧記憶部２５に記憶するものである。なお、基準電圧記
憶部２５に記憶されている時間平均値は車両が停止する
度に更新される。また、以下では、この基準電圧計算部
２４で求められた基準電圧の時間平均値のことを「基準
電圧ディジタル値」という。

【００１８】基準電圧計算部２４は、基準電圧ディジタ
ル値を求めると、その基準電圧ディジタル値をスイッチ
ＳＷ３を介して、ディジタル信号をアナログ信号に変換
するディジタル／アナログ変換部（以下「Ｄ／Ａ変換
部」という）２６に与える。上記スイッチＳＷ３には、
車速センサ２の出力が与えられており、上記スイッチＳ
Ｗ３は、車速センサ２の出力が零以外のときにのみ導通
する。すなわち、基準電圧計算部２４からＤ／Ａ変換部
２６には、車両が走行しているときにのみ基準電圧ディ
ジタル値が与えられる。Ｄ／Ａ変換部２６は、与えられ
た基準電圧ディジタル値を基準電圧アナログ値に変換
し、上述の差動増幅部２０に与える。

【００１９】以下では、上記方位検出装置４の動作をま
とめて説明する。まず、車両のエンジンをかけた後や信
号で停止している場合などの車両が停止している場合に
ついて説明する。車両が停止している場合、差動増幅部
２０には、基準電圧アナログ値が入力されていないの
で、補正ジャイロ出力は出力されない。マルチプレクサ
部２１は、ライン２２を介して出力されたジャイロ出力
を選択してＡ／Ｄ変換部２３に与え、Ａ／Ｄ変換部２３
はそのジャイロ出力をジャイロ出力ディジタル値に変換
し、スイッチＳＷ１を介して基準電圧計算部２４に与え
る。基準電圧計算部２４は、所定時間（たとえば４秒）
の間与えられるジャイロ出力ディジタル値の時間平均値
をとり、その結果得られた基準電圧ディジタル値を基準
電圧記憶部２５に記憶する。以上の動作を車両が停止し
ているときに行う。

【００２０】次に、車両が走行している場合について説
明する。車両が走行しているときには、スイッチＳＷ３
は導通しているので、基準電圧記憶部２５に記憶されて
いる基準電圧ディジタル値が基準電圧アナログ値として
差動増幅部２０に与えられる。差動増幅部２０は、ジャ
イロ出力から基準電圧アナログ値を差引き、その差引い
た値を所定の増幅率ｈで増幅し、補正ジャイロ出力とし
て出力する。

【００２１】ここで、ジャイロ出力から基準電圧アナロ
グ値を差引いた結果得られる増幅すべき値は、車両の旋
回によって発生した電圧のみに相当し、その電圧は図３
に示す電圧範囲Ｒ１内に含まれる。図３は、時間ｔの変
化に対するジャイロ出力の変化を示すグラフであり、図
中、実線は基準電圧アナログ値を表し、破線は車両が旋
回する際の基準電圧アナログ値を基準とした最大旋回角
速度を表す電圧値の振幅Ｄ１を表す。ここで、ジャイロ
出力の電圧範囲Ｒ１は、上記振幅Ｄ１の２倍の値と基準
電圧アナログ値の温度変動を見込んだマージンαの２倍
の値との和で与えられる。すなわち、 Ｒ１＝２Ｄ１＋２α ‥‥(1) で与えられる。このＲ１は、Ａ／Ｄ変換部２３の読取範
囲に相当する。したがって、ジャイロ出力をＡ／Ｄ変換
部２３の読取範囲に対応した値にすることができる。そ
のため、ジャイロ出力の変化がわずかなものであって
も、そのわずかな変化を読取範囲に対応した変化にする
ことができる。

【００２２】なお、上記Ｒ１は、実際には、Ａ／Ｄ変換
部２３の入力電圧範囲Ｒにまで増幅され、このとき、上
記増幅率ｈは、Ｒ／Ｒ１で表される。補正ジャイロ出力
は、マルチプレクサ部２１に与えられる。マルチプレク
サ部２１では、車速センサ２の出力に基づき、車両が走
行中であることを認識して、補正ジャイロ出力を選択
し、これをＡ／Ｄ変換部２３に与える。Ａ／Ｄ変換部２
３は、与えられた補正ジャイロ出力を、これに対応する
補正ジャイロ出力ディジタル値に変換し、スイッチＳＷ
２を介して方位演算部に与える。

【００２３】以上のように本実施例の方位検出装置によ
れば、ジャイロ出力の変化がわずかであっても、そのわ
ずかな変化をＡ／Ｄ変換部２３の読取範囲の大きさに対
応した変化にすることができる。したがって、Ａ／Ｄ変
換部２３はそのわずかな変化に対応したディジタル信号
を精度良く出力することができる。すなわち、Ａ／Ｄ変
換部２３の分解能を実質的に向上させることができる。
そのため、旋回角速度を高精度に求めることができるの
で、方位を高精度に検出することができる。

【００２４】実施例の説明は以上のとおりであるが、本
発明は上述の実施例に限定されるものではない。たとえ
ば上記実施例では、車両の方位を検出するナビゲーショ
ン装置に適用される例を説明したが、本発明は船舶や航
空機などの他の移動体における方位の検出のためにも広
く用いることができるものである。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は可能
である。

【００２５】

【発明の効果】以上のように本発明の方位検出装置によ
れば、旋回角速度センサの出力をディジタル値に変換す
る際の分解能を向上させることができるので、旋回角速
度を高精度に得ることができる。そのため、方位を高精
度に検出することができる。したがって、たとえば本発
明の方位検出装置をナビゲーションシステムに組込め
ば、移動体の現在位置を正確に検出することができるの
で、移動体の移動を確実に支援できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の方位検出装置の構成を示す
ブロック図である。

【図２】上記方位検出装置を用いたナビゲーション装置
の構成を示すブロック図である。

【図３】時間変化に対するジャイロ出力の変化を示すグ
ラフである。

【符号の説明】

１ ジャイロ ２０ 差動増幅部 ２３ Ａ／Ｄ変換部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】移動体に搭載されて用いられ、上記移動体
   の旋回角速度を検出する旋回角速度センサと、アナログ
   信号をディジタル信号に変換する変換手段と、上記旋回
   角速度センサの出力に含まれているオフセットを求め、
   当該求めたオフセットに基づいて上記旋回角速度センサ
   の出力にオフセット補正を施す補正手段とを含む方位検
   出装置において、 上記変換手段は、上記補正手段によりオフセット補正が
   施された後の上記旋回角速度センサのアナログ信号出力
   をディジタル信号に変換処理するものであり、当該変換
   処理を行う範囲をオフセットドリフトを考慮しない旋回
   角速度センサ固有の出力範囲に相当するように設定して
   いることを特徴とする方位検出装置。