JPH0719877A - 車両用ジャイロ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ジャイロ出力の零点付近におけるＡ／Ｄ変換
の微小な分解能を認識可能とし、車体進行方向（車体角
度）の検出誤差の発生を防止可能とする。 【構成】 車体の基部に対し水平面内で回転自在に設け
られ当該車体の進行方向に対応したアナログの検出信号
を出力するジャイロ４と、ジャイロ４から出力されたア
ナログの検出信号をデジタルの検出信号に変換するＡ／
Ｄ変換器１７と、ジャイロ４の回転方向へ振動を付与す
る振動付与機構１１と、振動付与機構１１からジャイロ
４へ付与した振動に対応したアナログの振動信号をジャ
イロ４から出力されるアナログの検出信号に加算させ，
当該アナログの加算信号をＡ／Ｄ変換器１７によりＡ／
Ｄ変換して得られたデジタルの加算信号に基づき車体の
進行方向を算定するＣＰＵ１２とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、車両用ジャイロ制御装
置に係り、特に、車両や自律走行ロボットビークル（自
動搬送車両）等に搭載されるジャイロの制御を行う場合
に好適な車両用ジャイロ制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、自車の進行方向を検出するジャイ
ロを装備したナビゲーションシステム搭載の乗用車や自
動搬送車両においては、ジャイロ出力をマイクロコンピ
ュータへ取込んで信号処理を行うため、ジャイロから出
力されたアナログ信号をＡ／Ｄ変換器でデジタル信号へ
変換した後、マイクロコンピュータへ入力している。そ
して、マイクロコンピュータは、当該デジタル信号を積
分した結果に基づき車両方向を算定している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た従来技術においては、下記の問題があった。即ち、前
述した車両に装備されるジャイロとしては、例えば振動
ジャイロ・光学式ジャイロ・ガスレートジャイロ等の高
性能のものが開発されているが、ジャイロに或る程度の
ダイナミックレンジ（最大信号許容レベルと雑音レベル
の比）を確保しようとすると、車両走行の大部分を占め
るジャイロ出力の零点付近におけるＡ／Ｄ変換の分解能
が犠牲となる。従って、ジャイロ出力の零点付近の分解
能が悪いと、ジャイロ出力の真の値に対してマイクロコ
ンピュータが認識する値が図１４に示す如くとなるた
め、マイクロコンピュータは、ジャイロ出力の零点付近
におけるＡ／Ｄ変換の微小な分解能を認識することがで
きない等の問題があった。この結果、ジャイロ出力に基
づき算定した車体の進行方向（車体角度）に誤差が発生
するという不具合があった。

【０００４】

【発明の目的】本発明は、上記従来例の有する不都合を
改善し、特に、ジャイロに対し強制的に回転方向への振
動を加えることにより、ジャイロ出力の零点付近におけ
るＡ／Ｄ変換の微小な分解能を認識可能とし、車体進行
方向の検出誤差の発生を防止可能とした車両用ジャイロ
制御装置の提供を目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、車体の基部に
対し水平面内で回転自在に設けられ当該車体の進行方向
に対応したアナログの検出信号を出力するジャイロと、
該ジャイロから出力されたアナログの検出信号をデジタ
ルの検出信号に変換するアナログ／デジタル変換手段
と、前記ジャイロの作動を制御すると共に，前記アナロ
グ／デジタル変換手段から出力されたデジタルの検出信
号に基づき車体の進行方向を算定する制御手段とを備え
た車両用ジャイロ制御装置において、前記ジャイロの回
転方向へ振動を付与する振動付与機構を備え、前記制御
手段が、前記振動付与機構の作動を制御する振動付与制
御機能と、前記振動付与機構の作動により前記ジャイロ
へ付与された振動に対応したアナログの振動信号を当該
ジャイロから出力されるアナログの検出信号に加算させ
る信号加算機能とを具備する構成としている。これによ
り、前述した目的を達成しようとするものである。

【０００６】

【作用】本発明によれば、振動付与機構によりジャイロ
に対し強制的に回転方向へ振動を加えるため、制御手段
へ車体進行方向算定用のデジタル信号を供給するための
アナログ／デジタル変換手段には、ジャイロにより検出
したアナログの信号と，ジャイロに強制的に付与した振
動に伴うアナログの信号とが加算されて供給される。従
って、制御手段は、アナログ／デジタル変換手段の最小
分解能よりも小さい信号をも取込んで車体進行方向を算
定することが可能となる。この結果、アナログ／デジタ
ル変換における微小な分解能を認識することが可能とな
るため、ジャイロのドリフトを抑制することが可能とな
り、これにより、従来のような車体進行方向の算定誤差
の発生を防止することが可能となる。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の車両用ジャイロ制御装置を適
用してなる実施例を図面に基づいて説明する。

【０００８】先ず、本実施例の車両用ジャイロ制御装置
を装備したナビゲーションシステムを搭載した車両にお
けるジャイロの取付状態を図２乃至図４に基づき説明す
ると、車両１の車体低部には、基台２が固定されると共
に、基台２の上部には、基台２の上面と同一平面内で回
転自在とされた回転ステージ３が配設されており、回転
ステージ３の上面部には、車体の進行方向（車両の方向
転換時における所定基準に対する車体の角度）を検出す
るジャイロ４が固定されている。

【０００９】本実施例では、後述の振動付与機構１１に
よりジャイロ４に対して強制的に回転方向へ振動を加え
ることにより、ジャイロ出力の零点付近におけるＡ／Ｄ
変換の微小な分解能を認識可能とすると共に、ジャイロ
のドリフトを抑制可能とし、車体進行方向（車体角度）
の検出誤差の発生を防止可能とするようになっている。

【００１０】基台２の内部には、磁力発生用のコイル５
が支持部材（図示略）に支持された状態で固定されると
共に、回転ステージ３の裏側部分には、磁石６がその両
端部を支持部材７，８に支持された状態で固定されてい
る。磁石６が固定された支持部材７，８と，コイル５が
固定された支持部材との間には、磁石６を原位置（図４
に示すコイル５の正対箇所）へ復帰させるためのバネ
９，１０が張設されている。前述したコイル５，磁石
６，支持部材７，８，バネ９，１０等が、ジャイロ４に
対し強制的に回転方向へ振動を加える振動付与機構１１
を構成している。

【００１１】振動付与機構１１によりジャイロ４に対し
強制的に回転方向へ振動を加える場合は、電源（図示
略）からコイル５へ通電して磁力を発生させると、当該
磁力の作用により回転ステージ側の磁石６が基台側（固
定側）のコイル５に対して図４矢印方向へ移動するた
め、これに伴い回転ステージ３が回転する結果、ジャイ
ロ４に対し強制的に回転方向へ振動が加えられるように
なっている。

【００１２】次に、本実施例の車両用ジャイロ制御装置
の主要部を成すＣＰＵを中心とした制御系の構成を図１
に基づき説明すると、本制御系は、振動制御部１２・角
速度変換部１３・角度変換部１４・記憶部１５ａを有す
るＣＰＵ１５と、ジャイロ４と、振動付与機構１１と、
増幅器１６と、Ａ／Ｄ変換器１７と、車体角度出力部１
８と、強制振動発生回路１９とを備える構成となってい
る。

【００１３】ジャイロ４は、検出した車体角度に対応す
る車体角度信号を加算点１８へ出力するようになってい
る。ＣＰＵ１５の振動制御部１２は、振動付与機構１１
を作動させる強制振動発生回路１９へ強制振動指令を出
力し、強制振動発生回路１９は、当該指令に基づき振動
付与機構１１のコイル５へ通電してジャイロ４に対する
強制的な回転方向への振動を加えるようになっている。
また、記憶部１５ａには、振動付与機構１１からジャイ
ロ４へ付与する強制振動データが予め記憶されている。
この場合、強制振動指令は、例えばナビゲーションシス
テムのメインスイッチ（図示略）の投入時に出力される
ようになっているが、これに限定されるものでない。

【００１４】ジャイロ４は、振動付与機構１１による強
制振動に伴い後述の正弦波信号が検出信号に加算（重
畳）されたアナログの信号を増幅器１６へ出力し、増幅
器１６は、ジャイロ４から出力されたアナログの信号を
増幅してＡ／Ｄ変換器１７へ出力し、Ａ／Ｄ変換器１７
は、増幅器１６から出力されたアナログの信号をＡ／Ｄ
変換によりデジタルの信号（電圧）へ変換し、ＣＰＵ１
５の角速度変換部１３へ出力するようになっている。

【００１５】角速度変換部１３は、Ａ／Ｄ変換器１７の
出力電圧からバイアス電圧を減算した値にジャイロ４の
ゲインを乗算し、角速度に変換するようになっている。
角度変換部１４は、角速度変換部１３で算出された角速
度を積分して角度に変換し、角度信号を車体角度出力部
１８へ出力するようになっている。車体角度出力部１８
は、車体角度信号をナビゲーションシステムの表示用ド
ライバ（図示略）へ出力するようになっている。

【００１６】この場合、図５は、ジャイロ４が固定され
た回転ステージ３の回転角速度を示すものであり、ジャ
イロ４のレンジよりもかなり小さくなっている。回転ス
テージ３の回転周期は、Ａ／Ｄ変換器１７におけるサン
プリング周期とはすらした状態に設定されている。ま
た、図６は、車両が停止している時のジャイロ４の出力
を示すものであり、ジャイロ４の出力を積分することに
より、Ａ／Ｄ変換器１７の最小分解能以下の信号も検出
しているのと同様の状態となるようになっている。

【００１７】ここで、例えば、ジャイロ４のバイアス電
圧を０．００１２４３［Ｖ］，ジャイロ４のゲインを１
０．８，Ａ／Ｄ変換器１７の分解能を０．００５［Ｖ］
とした場合、ジャイロ４の角速度が０［度／秒］でも、
図７に示す如く、バイアス電圧がＡ／Ｄ変換により０
［Ｖ］となるため、誤差が発生する。このため、角速度
を積分して算出した角度も、１００［秒］で１．４
［度］以上狂いが生ずる。図中符号２０で示す線はジャ
イロ出力電圧（±０．０５［Ｖ］），符号２１で示す線
はＡ／Ｄ変換器出力電圧（±０．０５［Ｖ］），符号２
２で示す線は角速度（±０．１［度／秒］），符号２３
で示す線は角度（±５．０［度］）を示し、時間は１０
０［秒］である。サンプリング周期は０．０３［秒］で
ある。

【００１８】そこで、本実施例では、車体の正確な角度
を得るべく、上述した如く振動付与機構１１によりジャ
イロ４に対して強制的に回転方向への振動（振幅が０．
１０８［度／秒］，周期が１０［秒］の正弦波）を付与
することにより、先ず、図８に示す如くのジャイロ出力
電圧，角速度，角度を得るようになっている。図中符号
２４で示す線はジャイロ４の出力電圧（±０．０５
［Ｖ］），符号２５で示す線は角速度（±０．１［度／
秒］），符号２６で示す線は角度（±５．０［度］）を
示し、時間は１００［秒］である。

【００１９】次に、ジャイロ４に対して前述した正弦波
による強制的な回転方向への振動を付与した時のＡ／Ｄ
変換器１７の出力は、図９に示す如くとなる。図９の例
では最小分解能０．００５［Ｖ］間隔でデータを取得し
ている。図中符号２７で示す線はジャイロ４の出力電圧
（±０．０５［Ｖ］），符号２８で示す直線はＡ／Ｄ変
換器１７の出力電圧（±０．０５［Ｖ］），符号２９で
示す直線は角速度（±０．１［度／秒］），符号３０で
示す直線は角度（±５．０［度］）を示し、時間は１０
０［秒］である。

【００２０】即ち、本実施例においては、 角速度＝（Ａ／Ｄ変換器出力電圧−バイアス電圧）×ジ
ャイロゲイン なる算出式に基づき角速度を算出し、算出した角速度を
積分して角度を算出するようになっている。従って、図
９に符号３０で示した角度と図７に符号２３で示した角
度とを比較すると、図９の方が狂いの少ないことが判
る。この場合、ジャイロ４に付与する強制的な回転振動
の度合いが正確にわかれば、強制振動による正弦波を除
去することにより、正確な角度を算出することが可能で
ある。

【００２１】次に、上記の如く構成した本実施例の作用
を説明する。

【００２２】車両１に搭載したナビゲーションシステム
のメインスイッチを投入すると、ＣＰＵ１５の振動制御
部１２が、振動付与機構１１によりジャイロ４に対する
強制的な回転方向への振動を付与すべく強制振動指令を
出力すると、強制振動発生回路１９は、振動付与機構１
１の駆動を制御して当該振動付与機構１１によりジャイ
ロ４に対し強制的な回転方向への振動を付与させる。こ
れに伴い、ジャイロ４からは、振動付与機構１１による
強制振動に伴い後述の正弦波信号が検出信号に加算（重
畳）されたアナログの信号を増幅器１６へ出力する。

【００２３】増幅器１６が、ジャイロ出力信号（アナロ
グ信号）を増幅してＡ／Ｄ変換器１７へ出力すると、Ａ
／Ｄ変換器１７が、ジャイロ出力信号のＡ／Ｄ変換を行
いＣＰＵ１５の角速度変換部１３へ出力するため、角速
度変換部１３は、上記算出式に基づき、Ａ／Ｄ変換器１
７の出力電圧からバイアス電圧を減算した値にジャイロ
４のゲインを乗算して角速度に変換する。この後、角度
変換部１４は、角速度を積分して角度に変換し、角度信
号を車体角度出力部１８へ出力する。この場合、角速度
変換部１３及び角度変換部１４により算定された各デー
タは、記憶部１５ａに記憶される。従って、上記の制御
により、上記図９に示したような狂いの少ない角度を得
ることができる。

【００２４】上述したように、本実施例によれば、振動
付与機構１１によりジャイロ４に対し強制的に回転方向
へ振動を加えるため、ＣＰＵ１５へ角度検出用のデジタ
ル信号を供給するためのＡ／Ｄ変換器１７には、ジャイ
ロ４の出力信号とジャイロ４に強制的に回転方向へ振動
を付与した時の正弦波信号とが加算されて供給される結
果、Ａ／Ｄ変換器１７の出力信号は図９に示した如くと
なり、従って、ＣＰＵ１５は、Ａ／Ｄ変換器１７の最小
分解能よりも小さい信号を取込んで車体角度を算定する
ことが可能となり、この結果、ジャイロ出力の零点付近
におけるＡ／Ｄ変換の微小な分解能を認識することがで
きるため、ジャイロのドリフトを抑制することが可能と
なり、これにより、車体角度（車体進行方向）の検出誤
差の発生を防止することが可能となる。

【００２５】また、本実施例によれば、ジャイロ４を搭
載する基台２及び回転ステージ３にコイル５，磁石６，
バネ９，１０等から成る簡易な構造の振動付与機構１１
を装備するだけで、前述した効果を上げることができる
ため、コスト的な負担を軽減することが可能となり、ナ
ビゲーションシステム全体を底コストで構築することも
可能となる。

【００２６】この場合、本実施例では、振動付与機構１
１によりジャイロ４に強制的に回転方向へ振動を加える
ようにしたが、例えば図１０乃至図１３に示す如く、車
体の振動を利用することによりジャイロに強制的に回転
方向へ振動を加えることも可能である。

【００２７】図１０に示す第１変形例では、ジャイロ４
０を固定した回転ステージ４１の一方の隅部に回動軸４
２を介して回転ステージ下方部の基台に回動自在に配設
し、更に、回転ステージ４１のジャイロ４０を挟んだ他
方の隅部に長穴部４４を設けると共に、長穴部４４と係
合する軸状の係合部材４５を回転ステージ下方部の基台
に固定し、長穴部４４内の両端部に例えばゴム等の弾性
部材４６，４７を配設した構成となっている。即ち、ジ
ャイロ４０の取付を回転方向へ自由度を持たせた構成と
なっている。この場合、回転ステージ４１，回動軸４
２，長穴部４４，係合部材４５等が、車体の振動をジャ
イロ４０へ伝達する振動伝達機構４８を構成している。

【００２８】車両の走行等により車体が振動すると、回
転ステージ４１が回動軸４２を中心として矢印方向へ回
動するが、この時、係合部材４５が長穴部４４内の弾性
部材４６，４７により移動範囲を規制されるため、回転
ステージ４１は係合部材４５の移動範囲内で回動する。
これにより、ジャイロ４０には、車体の振動に伴い回転
方向への振動が加えられる。即ち、第１変形例において
は、車体の振動をジャイロ制御に有効活用することがで
きると共に、上記実施例と同様の効果を得ることができ
る。

【００２９】図１１乃至図１３に示す第２変形例では、
ジャイロ５０を軸受５１を介して回転自在に支持する回
転ステージ５２の上面部の両端部に設けた支持部材５
３，５４に、バネ５５，５６の一端部を固定し、ジャイ
ロ５０の外周縁に設けた支持部材５７に、バネ５５，５
６の他端部を固定した構成となっている。即ち、バネ５
５，５６によりジャイロ５０を回転方向へ自由度を持た
せた構成となっている。この場合、回転ステージ５２，
バネ５５，５６等が、車体の振動をジャイロ５０へ伝達
する振動伝達機構５８を構成している。

【００３０】車両の走行等により車体が振動すると、ジ
ャイロ５０の支持部材５７と回転ステージ５２の支持部
材５３，５４との間に張設したバネ５５，５６の作用に
より、ジャイロ５０には、車体の振動に伴い回転方向へ
の振動が加えられる。即ち、第２変形例においては、車
体の振動をジャイロ制御に有効活用することができると
共に、上記実施例と同様の効果を得ることができる。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の車両用ジ
ャイロ制御装置によれば、振動付与機構によりジャイロ
に対し強制的に回転方向へ振動を加えるため、制御手段
へ車体進行方向算定用のデジタル信号を供給するための
アナログ／デジタル変換手段には、ジャイロにより検出
したアナログの信号と，ジャイロに強制的に付与した振
動に伴うアナログの信号とが加算されて供給されること
となり、従って、制御手段は、アナログ／デジタル変換
手段の最小分解能よりも小さい信号をも取込んで車体進
行方向を算定することが可能となり、この結果、アナロ
グ／デジタル変換における微小な分解能を認識すること
ができ、ジャイロのドリフトを抑制することが可能とな
り、これにより、従来のような車体進行方向の算定誤差
の発生を防止することが可能となる、という顕著な効果
を奏することができる。

【００３２】また、本発明の車両用ジャイロ制御装置に
おいて、ジャイロの回転方向へ車体振動を伝達する車体
振動伝達機構を備えた場合には、車体で発生する振動を
ジャイロ制御に有効活用することができると共に、上記
と同様に、アナログ／デジタル変換における微小な分解
能を認識することができ、ジャイロのドリフトを抑制す
ることが可能となり、これにより、従来のような車体進
行方向の算定誤差の発生を防止することが可能となる、
効果を奏することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した本実施例の車両用ジャイロ制
御装置の構成を示すブロック図である。

【図２】本実施例における車両へのジャイロの取付状態
を示す説明図である。

【図３】本実施例におけるジャイロの構成を示す説明図
である。

【図４】本実施例におけるジャイロ及び振動付与機構の
構成を示す説明図である。

【図５】回転ステージの角速度を示す特性図である。

【図６】車両停止時のジャイロ出力を示す特性図であ
る。

【図７】強制振動を付与しない場合のジャイロ出力電圧
・Ａ／Ｄ変換器出力電圧・角速度・角度を示す特性図で
ある。

【図８】強制振動を付与した場合のジャイロ出力電圧・
角速度・角度を示す特性図である。

【図９】強制振動を付与した場合のジャイロ出力電圧・
Ａ／Ｄ変換器出力電圧・角速度・角度を示す特性図であ
る。

【図１０】第１変形例によるジャイロの取付状態を示す
概略平面図である。

【図１１】第２変形例によるジャイロの取付状態を示す
概略平面図である。

【図１２】図１１の概略左側面図である。

【図１３】図１１のＹ−Ｙ線に沿う矢視図である。

【図１４】ジャイロ出力の真の値・マイクロコンピュー
タの認識値・最小分解能を示す特性図である。

【符号の説明】

１ 車両 ２ 基台 ３ 回転ステージ ４ ジャイロ ５ コイル ６ 磁石 ９，１０ バネ １１ 振動付与機構 １５ 制御手段としてのＣＰＵ １７ アナログ／デジタル変換手段としてのＡ／Ｄ変換
器 ４８，５８ 車体振動伝達機構

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車体の基部に対し水平面内で回転自在に
   設けられ当該車体の進行方向に対応したアナログの検出
   信号を出力するジャイロと、該ジャイロから出力された
   アナログの検出信号をデジタルの検出信号に変換するア
   ナログ／デジタル変換手段と、前記ジャイロの作動を制
   御すると共に，前記アナログ／デジタル変換手段から出
   力されたデジタルの検出信号に基づき車体の進行方向を
   算定する制御手段とを備えた車両用ジャイロ制御装置に
   おいて、 前記ジャイロの回転方向へ振動を付与する振動付与機構
   を備え、 前記制御手段が、前記振動付与機構の作動を制御する振
   動付与制御機能と、前記振動付与機構の作動により前記
   ジャイロへ付与された振動に対応したアナログの振動信
   号を当該ジャイロから出力されるアナログの検出信号に
   加算させる信号加算機能とを具備したことを特徴とする
   車両用ジャイロ制御装置。
2. 【請求項２】 車体の基部に対し水平面内で回転自在に
   設けられ当該車体の進行方向に対応したアナログの検出
   信号を出力するジャイロと、該ジャイロから出力された
   アナログの検出信号をデジタルの検出信号に変換するア
   ナログ／デジタル変換手段と、前記ジャイロの作動を制
   御すると共に，前記アナログ／デジタル変換手段から出
   力されたデジタルの検出信号に基づき車体の進行方向を
   算定する制御手段とを備えた車両用ジャイロ制御装置に
   おいて、 前記ジャイロの回転方向へ車体に発生した振動を伝達す
   る車体振動伝達機構を備え、 前記制御手段が、前記振動伝達機構を介して前記ジャイ
   ロへ伝達された車体振動に対応したアナログの振動信号
   を当該ジャイロから出力されるアナログの検出信号に加
   算させる信号加算機能を具備したことを特徴とする車両
   用ジャイロ制御装置。