JPH07280584A - Hybrid sensor - Google Patents
Hybrid sensorInfo
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- JPH07280584A JPH07280584A JP6627794A JP6627794A JPH07280584A JP H07280584 A JPH07280584 A JP H07280584A JP 6627794 A JP6627794 A JP 6627794A JP 6627794 A JP6627794 A JP 6627794A JP H07280584 A JPH07280584 A JP H07280584A
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- angular velocity
- acceleration
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Abstract
(57)【要約】
検出精度および信頼性に優れ、利便性の高いハイブリッ
ドセンサを提供する。
【構成】 角速度センサ2と、加速度センサ3と、セン
サデータ記憶手段5、変数演算手段6、実角速度演算手
段7および制御手段8を備えたセンサ補正手段4および
方位角演算手段9を備え、角速度センサ2の感度係数ド
リフトならびにオフセットドリフト、および加速度セン
サ3のオフセットドリフトを、角速度センサ2からの角
速度信号ωS、加速度センサ3からの加速度信号αS、お
よび移動体(例えば、車両)に設けられた外部の車速セ
ンサ10からの車速信号vに基づいて補正して実角速度
ωSNおよび実加速度αSNを検出するハイブリッドセンサ
1。
(57) [Summary] To provide a highly convenient hybrid sensor with excellent detection accuracy and reliability. [Structure] An angular velocity sensor 2, an acceleration sensor 3, a sensor data storage unit 5, a variable calculation unit 6, a sensor correction unit 4 including a real angular velocity calculation unit 7 and a control unit 8 and an azimuth angle calculation unit 9, and an angular velocity. The sensitivity coefficient drift and offset drift of the sensor 2 and the offset drift of the acceleration sensor 3 are provided in the angular velocity signal ω S from the angular velocity sensor 2, the acceleration signal α S from the acceleration sensor 3, and the moving body (for example, vehicle). A hybrid sensor 1 that corrects based on a vehicle speed signal v from an external vehicle speed sensor 10 to detect the actual angular velocity ω SN and the actual acceleration α SN .
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は角速度センサおよび加
速度センサを用いた移動体の方向および加速度を検出す
るハイブリッドセンサに係り、特に移動体の移動中に、
双方のセンサが検出する角速度信号および加速度信号に
基づいて角速度センサまたは加速度センサの感度ドリフ
トおよびオフセットドリフトを補正するハイブリッドセ
ンサに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a hybrid sensor using an angular velocity sensor and an acceleration sensor for detecting the direction and acceleration of a moving body, and more particularly to a hybrid sensor for moving the moving body during movement.
The present invention relates to a hybrid sensor that corrects a sensitivity drift and an offset drift of an angular velocity sensor or an acceleration sensor based on an angular velocity signal and an acceleration signal detected by both sensors.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来のハイブリッドセンサは、本出願人
が特開昭59―218913号公報で開示した方向検出
装置のように、移動体の方向検出に角速度センサと地磁
気センサを併設し、角速度センサが検出する角速度に基
づく方位(角度)信号と地磁気センサが検出する方位
(角度)信号を適切な割合で合成し、合成された出力に
基づいて移動体の方向を検出するよう構成されたものが
知られている。2. Description of the Related Art A conventional hybrid sensor is provided with an angular velocity sensor and a geomagnetic sensor for detecting the direction of a moving body, like the direction detecting device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 59-218913 by the present applicant. The azimuth (angle) signal based on the angular velocity detected by and the azimuth (angle) signal detected by the geomagnetic sensor are combined at an appropriate ratio, and the one configured to detect the direction of the moving body based on the combined output. Are known.
【0003】このようなハイブリッドセンサは、移動体
の状況に応じて角速度センサまたは地磁気センサのいづ
れか一方が検出する方位(角度)信号の割合を増減し、
それぞれのセンサの特徴を活用して移動体の方向が検出
されている。In such a hybrid sensor, the ratio of the azimuth (angle) signal detected by either the angular velocity sensor or the geomagnetic sensor is increased or decreased according to the situation of the moving body,
The direction of the moving body is detected by utilizing the characteristics of each sensor.
【0004】例えば、地磁気センサは地磁気を感知し、
水平成分の向きと移動体の進行方向との相対的な角度を
検出するので、常に現時点における移動体の絶対方向が
検出できる特徴がある。しかし、地磁気センサは、移動
体が踏切や鉄橋等を通過する際には外乱の影響を大きく
受けてしまう。For example, a geomagnetic sensor senses geomagnetism,
Since the relative angle between the direction of the horizontal component and the traveling direction of the moving body is detected, there is a feature that the absolute direction of the moving body can be always detected at the present time. However, the geomagnetic sensor is greatly affected by disturbance when the moving body passes through a railroad crossing, an iron bridge, or the like.
【0005】一方、角速度センサは容器内に封入された
ガス流により感熱抵抗素子の抵抗変化を検出して移動体
の角速度を検出するガスレートセンサで構成されるた
め、外乱の影響を受けにくい特徴がある。しかし、角速
度センサは、感度やオフセットにドリフトがあり、角速
度を積分した方位(角度)信号に誤差を生じ、時間経過
とともに累積されて大きな誤差を生じてしまう。On the other hand, since the angular velocity sensor is composed of a gas rate sensor which detects the change in resistance of the thermosensitive resistance element by the gas flow sealed in the container to detect the angular velocity of the moving body, it is hardly affected by disturbance. There is. However, the angular velocity sensor has a drift in sensitivity and an offset, which causes an error in an azimuth (angle) signal obtained by integrating the angular velocity, and accumulates over time to cause a large error.
【0006】上記の特徴を用いて従来のハイブリッドセ
ンサは、移動体の移動初期には地磁気センサの検出する
割合を増加(100%)し、徐々に角速度センサの割合
を増加させるとともに地磁気センサの割合を減少させる
よう切替を行ない、切替に伴う検出の連続性が失われな
いようにし、最終的に角速度センサの割合が100%に
達するよう構成されている。In the conventional hybrid sensor using the above characteristics, the ratio detected by the geomagnetic sensor is increased (100%) in the initial stage of the movement of the moving body, and the ratio of the angular velocity sensor is gradually increased and the ratio of the geomagnetic sensor is increased. Is performed so that the continuity of detection due to the switching is not lost, and finally the ratio of the angular velocity sensor reaches 100%.
【0007】また、角速度センサの割合が100%の状
態で移動体が走行中であっても、移動体のノンストップ
状態が長く続く場合には、ノンストップ時間を監視して
角速度センサの割合を減少させ、地磁気センサの割合を
増加させ、角速度センサの感度ドリフトおよびオフセッ
トドリフトを回避するよう構成されている。Further, even when the moving body is traveling while the proportion of the angular velocity sensor is 100%, if the non-stop state of the moving body continues for a long time, the non-stop time is monitored to determine the proportion of the angular velocity sensor. It is configured to reduce, increase the percentage of the geomagnetic sensor, and avoid sensitivity drift and offset drift of the angular velocity sensor.
【0008】このように、従来のハイブリッドセンサ
は、地磁気センサと角速度センサを併設し、移動体の走
行状態に応じ、検出する割合を可変して調整することに
より、移動体の方向が精度よく検出されるよう構成して
いる。As described above, the conventional hybrid sensor is provided with the geomagnetic sensor and the angular velocity sensor, and the ratio of detection is varied and adjusted according to the running state of the moving body, so that the direction of the moving body can be accurately detected. It is configured to be performed.
【0009】また、地磁気センサと角速度センサを併設
し、地磁気センサの検出する検出角度と角速度センサの
検出する角速度に基づく検出角度を比較しながら、地磁
気センサまたは角速度センサのいずれか一方のセンサの
検出角度が正確であるとみなし、正確であるとみなした
センサの検出角度と他方のセンサの検出角度の偏差がな
くなるよう他方のセンサの誤差要因を補正するよう構成
されたハイブリッドセンサも知られている。Further, a geomagnetic sensor and an angular velocity sensor are provided together, and the detection angle of the geomagnetic sensor or the angular velocity sensor is detected while comparing the detection angle detected by the geomagnetic sensor and the detection angle based on the angular velocity detected by the angular velocity sensor. There is also known a hybrid sensor that is configured to correct the error factor of the other sensor so that the angle is regarded as accurate and the deviation between the detected angle of the sensor regarded as accurate and the detected angle of the other sensor is eliminated. .
【0010】[0010]
【発明が解決しようとする課題】従来のハイブリッドセ
ンサは、地磁気センサを備えているので、踏切や鉄橋等
を通過するときに着磁による外乱の影響を受けるので、
例えば地磁気センサから角速度センサへの切替わり時、
または地磁気センサからの検出角度が正確とみなしてい
る場合、地磁気センサが検出する角度が変化してしま
い、正確な方向が検出できない課題がある。Since the conventional hybrid sensor is equipped with a geomagnetic sensor, it is affected by a disturbance due to magnetization when passing through a railroad crossing or an iron bridge.
For example, when switching from a geomagnetic sensor to an angular velocity sensor,
Alternatively, when the angle detected by the geomagnetic sensor is considered to be accurate, the angle detected by the geomagnetic sensor changes, and there is a problem that an accurate direction cannot be detected.
【0011】また、従来のハイブリッドセンサは角速度
センサを備えているので、感度およびオフセット値に温
度変化や経時変化に伴うドリフトが発生し、角速度の時
間積分である方位角はドリフトの積分値が蓄積されて誤
差が大きくなる課題がある。Further, since the conventional hybrid sensor is provided with the angular velocity sensor, drift occurs in the sensitivity and the offset value due to temperature change and temporal change, and the integrated value of the drift is accumulated in the azimuth angle which is the time integral of the angular velocity. Therefore, there is a problem that the error increases.
【0012】この発明はこのような課題を解決するため
なされたもので、その目的は移動体が移動中でも感度ド
リフトおよびオフセットドリフトを補正し、角速度に基
づく移動体の方向、または移動体に作用する加速度を高
精度に検出できる角速度センサおよび加速度センサを備
えたハイブリッドセンサを提供することにある。The present invention has been made to solve such a problem, and its purpose is to correct the sensitivity drift and the offset drift even when the moving body is moving, and act on the moving body direction based on the angular velocity or on the moving body. An object of the present invention is to provide a hybrid sensor including an angular velocity sensor and an acceleration sensor that can detect acceleration with high accuracy.
【0013】[0013]
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
この発明に係るハイブリッドセンサは、角速度センサ
と、加速度センサと、これらのセンサからの角速度信
号、加速度信号、および速度センサからの速度信号に基
づき、角速度センサ、または加速度センサの感度係数お
よびオフセット値を補正するセンサ補正手段を備え、移
動中に、移動体の方向、または移動体に作用する加速度
を検出することを特徴とする。In order to solve the above-mentioned problems, a hybrid sensor according to the present invention includes an angular velocity sensor, an acceleration sensor, an angular velocity signal from these sensors, an acceleration signal, and a velocity signal from the velocity sensor. Based on the above, a sensor correction means for correcting the sensitivity coefficient and the offset value of the angular velocity sensor or the acceleration sensor is provided, and the direction of the moving body or the acceleration acting on the moving body is detected during movement.
【0014】また、この発明に係るハイブリッドセンサ
は、センサ補正手段に、各センサからの角速度信号、加
速度信号および速度信号を所定時間内に所定回数だけ読
み込んで記憶するセンサデータ記憶手段と、センサデー
タ記憶手段に記憶されたデータに基づいて感度係数およ
びオフセット値を演算する変数演算手段と、センサデー
タ記憶手段および変数演算手段を制御する制御手段とを
設けたことを特徴とする。Further, in the hybrid sensor according to the present invention, the sensor correction means includes sensor data storage means for reading and storing angular velocity signals, acceleration signals and velocity signals from the respective sensors a predetermined number of times within a predetermined time, and sensor data. It is characterized in that variable calculation means for calculating the sensitivity coefficient and offset value based on the data stored in the storage means and control means for controlling the sensor data storage means and the variable calculation means are provided.
【0015】さらに、この発明に係るハイブリッドセン
サは、センサ補正手段に、各センサからの角速度信号、
加速度信号および速度信号を所定時間内に所定回数だけ
読み込んで記憶するセンサデータ記憶手段と、センサデ
ータ記憶手段に記憶されたデータに基づいて感度係数お
よびオフセット値を演算する変数演算手段と、変数演算
手段からの出力に基づいて実際の加速度または角速度を
演算する演算手段と、センサデータ記憶手段、変数演算
手段および演算手段を制御する制御手段とを設けたこと
を特徴とする。Further, in the hybrid sensor according to the present invention, the sensor correction means uses the angular velocity signals from the respective sensors,
Sensor data storage means for reading and storing acceleration signals and velocity signals a predetermined number of times within a predetermined time, variable calculation means for calculating sensitivity coefficient and offset value based on the data stored in the sensor data storage means, and variable calculation It is characterized in that a calculation means for calculating an actual acceleration or an angular velocity based on an output from the means, a sensor data storage means, a variable calculation means, and a control means for controlling the calculation means are provided.
【0016】また、この発明に係るハイブリッドセンサ
は、変数演算手段に、移動体が停止直前に演算した感度
係数およびオフセット値を保存する最終データ保存部を
設け、移動体の再移動開始時に、最終データ保存部から
の最終データに基づいて実際の角速度を演算することを
特徴とする。Further, in the hybrid sensor according to the present invention, the variable calculation means is provided with a final data storage section for storing the sensitivity coefficient and the offset value calculated immediately before the moving body stops, and when the moving body starts to move again, It is characterized in that the actual angular velocity is calculated based on the final data from the data storage unit.
【0017】[0017]
【作用】この発明に係るハイブリッドセンサは、センサ
補正手段を備え、移動中に角速度センサ、または加速度
センサの感度係数およびオフセット値を補正するので、
移動体の方向、または移動体に作用する加速度を正確に
検出することができる。The hybrid sensor according to the present invention is provided with the sensor correction means and corrects the sensitivity coefficient and the offset value of the angular velocity sensor or the acceleration sensor during movement,
The direction of the moving body or the acceleration acting on the moving body can be accurately detected.
【0018】また、この発明に係るハイブリッドセンサ
は、センサ補正手段に、センサデータ記憶手段、変数演
算手段および制御手段を設け、角速度信号、加速度信号
および速度信号を所定時間内に所定回数だけ読み込んで
記憶し、記憶されたデータに基づいて角速度センサ、ま
たは加速度センサの感度係数およびオフセット値を正確
に演算して補正するので、角速度センサ、または加速度
センサの感度およびオフセットドリフトが大きくても移
動体の方向、または移動体に作用する加速度を正確に検
出することができる。In the hybrid sensor according to the present invention, the sensor correction means is provided with the sensor data storage means, the variable calculation means and the control means, and the angular velocity signal, the acceleration signal and the velocity signal are read a predetermined number of times within a predetermined time. Since the sensitivity coefficient and offset value of the angular velocity sensor or acceleration sensor are accurately calculated and corrected based on the stored data, even if the sensitivity and offset drift of the angular velocity sensor or acceleration sensor is large, The direction or the acceleration acting on the moving body can be accurately detected.
【0019】さらに、この発明に係るハイブリッドセン
サは、センサ補正手段に、センサデータ記憶手段、変数
演算手段、演算手段および制御手段を設け、角速度信
号、加速度信号および速度信号を所定時間内に所定回数
だけ読み込んで記憶し、記憶されたデータに基づいて角
速度センサ、または加速度センサの感度係数およびオフ
セット値を正確に演算し、感度係数およびオフセット値
の演算結果に基づいて角速度、または加速度を演算する
ので、移動体の方向、または移動体に作用する加速度を
正確に検出することができる。Further, in the hybrid sensor according to the present invention, the sensor correction means is provided with the sensor data storage means, the variable operation means, the operation means and the control means, and the angular velocity signal, the acceleration signal and the velocity signal are given a predetermined number of times within a given time. Just read and store it, and calculate the sensitivity coefficient and offset value of the angular velocity sensor or acceleration sensor accurately based on the stored data, and calculate the angular velocity or acceleration based on the calculation result of the sensitivity coefficient and offset value. The direction of the moving body or the acceleration acting on the moving body can be accurately detected.
【0020】また、この発明に係るハイブリッドセンサ
は、変数演算手段に最終データ保存部を設け、移動体が
停止直前に演算した感度係数およびオフセット値を保存
し、移動体の再移動開始時に保存データに基づいて角速
度を算出するので、再移動開始時にも正確な角速度を得
ることができる。Further, in the hybrid sensor according to the present invention, the variable calculation means is provided with a final data storage unit to store the sensitivity coefficient and the offset value calculated immediately before the moving body stops, and the stored data is stored when the moving body starts to move again. Since the angular velocity is calculated based on, the accurate angular velocity can be obtained even at the start of re-movement.
【0021】[0021]
【実施例】以下、この発明の実施例を添付図面に基づい
て説明する。図1はこの発明に係るハイブリッドセンサ
の方向検出に関する説明図である。移動体(例えば、車
両)Mが軌跡Rで曲率半径rの弧を描いて移動する場
合、軌跡Rの任意の点Pにおける移動体Mの速度をv、
角速度をω、速度vに垂直で弧の中心方向に作用する加
速度をαとすると、角速度ω、加速度α、速度vおよび
曲率半径rとの間に数1の関係が成立し、移動体Mの走
行中に測定不可能な曲率半径rを含まない形で、角速度
ω、加速度αおよび速度vの関係式が得られる。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is an explanatory diagram relating to direction detection of a hybrid sensor according to the present invention. When a moving body (for example, a vehicle) M moves along a locus R in an arc having a radius of curvature r, the velocity of the moving body M at an arbitrary point P on the locus R is v,
Assuming that the angular velocity is ω and the acceleration that is perpendicular to the velocity v and acts in the direction of the center of the arc is α, the relationship of the mathematical formula 1 is established between the angular velocity ω, the acceleration α, the velocity v, and the radius of curvature r, and The relational expression of the angular velocity ω, the acceleration α, and the velocity v is obtained without including the curvature radius r that cannot be measured during traveling.
【0022】[0022]
【数1】 [Equation 1]
【0023】次に、移動体Mに搭載する角速度センサの
検出する角速度をωN、角速度の真値をωSN、角速度セ
ンサのドリフトを含めた感度係数、オフセット値をそれ
ぞれa、bとし、移動体Mに搭載する加速度センサの検
出する加速度をαN、加速度の真値をαSN、加速度セン
サのドリフトを含めたオフセット値をcとすると、数2
の関係式が得られる。Next, the angular velocity detected by the angular velocity sensor mounted on the moving body M is ω N , the true value of the angular velocity is ω SN , the sensitivity coefficient including the drift of the angular velocity sensor, and the offset value are a and b, respectively. If the acceleration detected by the acceleration sensor mounted on the body M is α N , the true value of the acceleration is α SN , and the offset value including the drift of the acceleration sensor is c, then
The relational expression of is obtained.
【0024】[0024]
【数2】 [Equation 2]
【0025】感度係数a、オフセット値b、cは、セン
サ自体の時間とともに刻々変化するドリフト変化、およ
び経時または温度に起因する変化を表わし、いずれも比
較的長い時間で変化するものであり、数秒程度の短い時
間では一定値とみなされる。また、数2より角速度セン
サは感度変化およびオフセット変化があり、加速度セン
サはオフセット変化はあるが感度変化がないか、あって
も無視できるほど小さいとみなして角速度センサの感度
係数a、オフセット値bの補正を行ない、実際の角速度
(真値)ωSNを算出する。The sensitivity coefficient a and the offset values b and c represent drift changes which change with time of the sensor itself and changes due to the passage of time or temperature, all of which change over a relatively long period of time, a few seconds. It is regarded as a constant value in a short time. Further, from Equation 2, the angular velocity sensor has a sensitivity change and an offset change, and the acceleration sensor has an offset change but does not have a sensitivity change. Then, the actual angular velocity (true value) ω SN is calculated.
【0026】また、速度センサは正確な速度を検出する
ものとし、数1の速度vを速度センサが検出する速度v
Nと置き替え、数2とともに未知数a、b、c、ωSN、
αSNを求める基本式を数3に示す。なお、添字(N)は
角速度センサ、加速度センサおよび速度センサの検出す
る回数を表す。Further, the speed sensor is supposed to detect an accurate speed, and the speed v detected by the speed sensor is the speed v of equation (1).
Replacing with N , with unknowns a, b, c, ω SN ,
Equation 3 shows the basic equation for obtaining α SN . The subscript ( N ) represents the number of times the angular velocity sensor, the acceleration sensor, and the velocity sensor detect.
【0027】[0027]
【数3】 [Equation 3]
【0028】数3において、変数(未知数)はa、b、
c、ωSN、αSNの5個に対して方程式の数は3であり、
各センサが1回測定する毎に方程式は3個ずつ増加し、
変数はa、bおよびcが数秒程度の短い時間では一定と
みなせるため、各センサが1回測定する毎に変数は
ωSN、αSNの2個ずつ増加するので、測定回数Nは3N
=5+2(N−1)から3回で方程式と変数の数が一致
し、数秒の短い所定時間内に3回の各センサによる測定
を行って変数を算出する。角速度センサ、加速度センサ
および速度センサで3回の測定を実行し、数3の測定回
数N=1〜3に対応する方程式をωSN、αSNについて整
理した結果を数4に示す。In Equation 3, variables (unknown numbers) are a, b,
The number of equations is 3 for 5 of c, ω SN , and α SN ,
The equation increases by 3 each time each sensor measures once,
Since the variables a, b, and c can be regarded as constant for a short time of about several seconds, the variable increases by 2 each of ω SN and α SN for each measurement by each sensor, so the number of measurements N is 3N.
= 5 + 2 (N-1), the equation and the number of variables match three times, and the variables are calculated by performing measurements with each sensor three times within a short predetermined time of several seconds. Measurements are performed three times using the angular velocity sensor, the acceleration sensor, and the velocity sensor, and the equation 4 corresponding to the number of measurement times N = 1 to 3 in Equation 3 is summarized for ω SN and α SN .
【0029】[0029]
【数4】 [Equation 4]
【0030】数4の6個(N=1〜3)の式を解いて、
変数a、b、cがa=A、b=B、c=Cと求められ、
測定回数3回目の角速度の真値ωSN(=3)を感度係数A、
オフセット値Bおよび角速度センサの検出する角速度ω
N(=3)を用いて数4より求めた結果を数5に示す。ま
た、必要に応じて加速度の真値αSN(=1〜3)も数3よ
り、加速度センサが検出する加速度αN(=1〜3)とオフセ
ット値c(=C)の偏差から求められる。Solving the six equations (N = 1 to 3) of equation 4,
The variables a, b, and c are calculated as a = A, b = B, and c = C,
The true value ω SN (= 3) of the angular velocity at the third measurement is the sensitivity coefficient A,
Offset value B and angular velocity ω detected by the angular velocity sensor
The result obtained from Equation 4 using N (= 3) is shown in Equation 5. If necessary, the true value of the acceleration α SN (= 1 to 3) can also be calculated from Equation 3 from the deviation between the acceleration α N (= 1 to 3) detected by the acceleration sensor and the offset value c (= C). .
【0031】[0031]
【数5】 [Equation 5]
【0032】数5で求められた角速度の真値ωSN(=3)を
時間t=0から所定時間Toまで積分して数6から角度
θが算出できる。The angle θ can be calculated from the equation 6 by integrating the true value ω SN (= 3) of the angular velocity obtained by the equation 5 from the time t = 0 to the predetermined time To.
【0033】[0033]
【数6】 [Equation 6]
【0034】このように、時間とともに刻々変化する感
度係数a、オフセット値bを有する角速度センサと、時
間とともに刻々変化するオフセット値cを有するが感度
の安定した加速度センサを組合せて感度係数a、オフセ
ット値b、cを演算し、移動体の走行中に、正確な角速
度および加速度を算出することができる。As described above, the sensitivity coefficient a and the offset are obtained by combining the angular velocity sensor having the sensitivity coefficient a and the offset value b which change with time, and the acceleration sensor having the offset value c which changes with the time and having stable sensitivity. By calculating the values b and c, it is possible to calculate accurate angular velocity and acceleration while the moving body is traveling.
【0035】また、時間とともに刻々変化する感度係数
(係数d)、オフセット値cを有する加速度センサと、
時間とともに刻々変化するオフセット値cを有するが感
度の安定した角速度センサ組合せて感度係数a、d、オ
フセット値cを演算し、移動体の走行中に、正確な角速
度および加速度を算出することもできる。Further, an acceleration sensor having a sensitivity coefficient (coefficient d) and an offset value c which change with time,
It is also possible to compute the sensitivity coefficients a and d and the offset value c by combining an angular velocity sensor having a stable sensitivity, which has an offset value c that changes with time, and to calculate accurate angular velocity and acceleration while the moving body is running. .
【0036】図2はこの発明に係るハイブリッドセンサ
の要部ブロック構成図である。図2において、ハイブリ
ッドセンサ1は、角速度センサ2、加速度センサ3、セ
ンサ補正手段4および方位角演算手段9とから構成し、
角速度センサ2の感度係数ドリフトならびにオフセット
ドリフト、および加速度センサ3のオフセットドリフト
を、角速度センサ2からの角速度信号ωS、加速度セン
サ3からの加速度信号αS、および移動体M(例えば、
車両)に設けられた外部の車速センサ10からの車速信
号vに基づいて補正して実際の実角速度ωSN、または実
際の加速度αSNを演算し、実角速度ωSNから方位角θを
演算することにより移動体Mの方向、実加速度αSNから
移動体Mに作用する加速度を検出する。なお、ハイブリ
ッドセンサ1の起動および停止は、例えばイグニッショ
ンスイッチ11からのイグニッション情報Igにより制
御するよう構成する。FIG. 2 is a block diagram of the essential parts of the hybrid sensor according to the present invention. In FIG. 2, the hybrid sensor 1 includes an angular velocity sensor 2, an acceleration sensor 3, a sensor correction unit 4, and an azimuth angle calculation unit 9,
The sensitivity coefficient drift and offset drift of the angular velocity sensor 2 and the offset drift of the acceleration sensor 3 are calculated based on the angular velocity signal ω S from the angular velocity sensor 2, the acceleration signal α S from the acceleration sensor 3, and the moving body M (for example,
(Vehicle) is corrected based on a vehicle speed signal v from an external vehicle speed sensor 10 to calculate an actual actual angular velocity ω SN or an actual acceleration α SN , and an azimuth angle θ is calculated from the actual angular velocity ω SN. Thus, the acceleration acting on the moving body M is detected from the direction of the moving body M and the actual acceleration α SN . It should be noted that the start and stop of the hybrid sensor 1 is configured to be controlled by, for example, the ignition information Ig from the ignition switch 11.
【0037】センサ補正手段4はマイクロプロセッサを
基本に構成し、センサデータ記憶手段5、変数演算手段
6、演算手段7および制御手段8を備える。センサデー
タ記憶手段5はインタフェース回路、A/D変換器、メ
モリ(RAM)等から構成し、制御手段8からの制御信
号S1により、各センサが複数回(例えば、数秒間の間
に3回)検出した角速度信号ωS、加速度信号αS、およ
び車速信号vのアナログ信号を対応するディジタル信号
に変換してセンサデータDO(数3の3回の各データ:
ωN(=1〜3)、αN(=1〜3)、vN(=1〜3))として記憶し、
記憶したセンサデータDOを変数演算手段6に提供す
る。The sensor correction means 4 is basically composed of a microprocessor and comprises a sensor data storage means 5, a variable calculation means 6, a calculation means 7 and a control means 8. The sensor data storage means 5 is composed of an interface circuit, an A / D converter, a memory (RAM), etc., and each sensor receives a control signal S1 from the control means 8 a plurality of times (for example, three times within a few seconds). The detected angular velocity signal ω S , the acceleration signal α S , and the analog signal of the vehicle speed signal v are converted into corresponding digital signals, and the sensor data D O (each data of three times of the expression 3:
ω N (= 1 to 3) , α N (= 1 to 3) , v N (= 1 to 3) )
The stored sensor data D0 is provided to the variable calculation means 6.
【0038】変数演算手段6は数4の演算式を実行する
演算手段を備え、制御信号S2により、センサデータD
Oに基づいて角速度センサ2の感度係数A、オフセット
値Bおよび加速度センサ3のオフセット値Cを演算し、
感度係数信号A、オフセット値信号Bおよびオフセット
値信号Cを演算手段7に出力する。The variable calculation means 6 is provided with a calculation means for executing the calculation formula of the equation 4, and the sensor data D is generated by the control signal S2.
Based on O , the sensitivity coefficient A of the angular velocity sensor 2, the offset value B, and the offset value C of the acceleration sensor 3 are calculated,
The sensitivity coefficient signal A, the offset value signal B, and the offset value signal C are output to the calculating means 7.
【0039】演算手段7は数5および数3の演算式を実
行する演算手段を有し、制御信号S3により、感度係数
A、オフセット値BおよびセンサデータDOの3回目の
角速度データωN(=3)に基づいて実角速度ωSN(=3)を演
算し、実角速度信号ωSNを出力するとともに、オフセッ
ト値CおよびセンサデータDOの3回目の加速度データ
αN(=3)に基づいて実加速度αSNを演算し、実加速度信
号αSNを出力する。The arithmetic means 7 has arithmetic means for executing the arithmetic expressions of the equations 5 and 3, and the control signal S3 causes the sensitivity coefficient A, the offset value B, and the angular velocity data ω N ( 3) of the sensor data D O at the third time. = 3) , the actual angular velocity ω SN (= 3) is calculated, the actual angular velocity signal ω SN is output, and based on the offset value C and the third acceleration data α N (= 3) of the sensor data D O. Then, the actual acceleration α SN is calculated and the actual acceleration signal α SN is output.
【0040】制御手段8は基準クロック回路、タイマ回
路、シーケンサ回路および制御ソフトを記憶するROM
等で構成し、制御信号S1〜制御信号S3をそれぞれセ
ンサデータ記憶手段5、変数演算手段6、演算手段7に
提供し、各手段への信号の取込み、記憶、演算、出力等
の順序およびタイミングを制御するよう構成する。ま
た、制御手段8は制御信号S4を方位角演算手段9に提
供し、方位角演算手段9の演算や演算結果出力(方位角
θ)のタイミングを制御する。The control means 8 is a ROM for storing a reference clock circuit, a timer circuit, a sequencer circuit and control software.
Etc., and provides the control signals S1 to S3 to the sensor data storage means 5, the variable calculation means 6, and the calculation means 7, respectively, and the order and timing of signal acquisition, storage, calculation, output, etc. to each means. Are configured to control. Further, the control means 8 provides the control signal S4 to the azimuth angle calculation means 9, and controls the timing of the calculation of the azimuth angle calculation means 9 and the calculation result output (azimuth angle θ).
【0041】さらに、制御手段8は、例えば数秒間の短
い期間(to)に3回の角速度信号ωS、加速度信号
αS、および車速信号vの取込みと、感度係数A、オフ
セット値Bおよび3回目の角速度信号ωSに対応した実
角速度演算ωSN(=3)の演算、実角速度演算ωSN(=3)を所
定時間To積分演算して方位角θを求め、時間toと時
間Toの和を周期T(=to+To)として繰返し演算
するよう制御する。なお、制御手段8の起動および停止
は、移動体M(例えば、車両等)の起動、停止を行なう
イグニッションスイッチ11が提供する情報Igにより
制御される。Further, the control means 8 takes in the angular velocity signal ω S , the acceleration signal α S , and the vehicle speed signal v three times in a short period (to) of, for example, several seconds, and the sensitivity coefficient A, the offset values B and 3. The actual angular velocity calculation ω SN (= 3) corresponding to the angular velocity signal ω S and the actual angular velocity calculation ω SN (= 3) are integrated for a predetermined time To to obtain the azimuth angle θ, and the azimuth θ is calculated. The sum is set to be the cycle T (= to + To) and the calculation is repeated. The activation and deactivation of the control unit 8 is controlled by the information Ig provided by the ignition switch 11 that activates and deactivates the moving body M (for example, a vehicle).
【0042】方位角演算手段9は数6に示す積分演算手
段を備え、制御手段8からの制御信号S4により、実角
速度ωSN(=3)を時間toからToまで積分して方位角θ
を演算し、出力する。The azimuth angle calculating means 9 is provided with the integral calculating means shown in the equation 6, and the control signal S4 from the control means 8 integrates the real angular velocity ω SN (= 3) from time to to To to obtain the azimuth angle θ.
Is calculated and output.
【0043】図3にセンサ補正手段に設けた変数演算手
段の一実施例要部ブロック構成図を示す。変数演算手段
6は、変数演算部21、最終データ保存部22、タイマ
回路23、切替手段SWを備える。変数演算部21は、
数4の演算式を実行する演算手段を備え、制御信号S2
により、センサデータDOに基づいて角速度センサ2の
感度係数A、オフセット値Bおよび加速度センサ3のオ
フセット値Cを演算し、感度係数信号A、オフセット値
信号Bを最終データ保存部22および切替手段SWに、
オフセット値Cを切替手段SWにそれぞれ出力する。FIG. 3 is a block diagram showing the essential part of one embodiment of the variable calculating means provided in the sensor correcting means. The variable calculation means 6 includes a variable calculation part 21, a final data storage part 22, a timer circuit 23, and a switching means SW. The variable calculation unit 21
The control signal S2 is provided with an arithmetic means for executing the arithmetic expression of the equation 4.
According to the sensor data D O , the sensitivity coefficient A of the angular velocity sensor 2, the offset value B and the offset value C of the acceleration sensor 3 are calculated, and the sensitivity coefficient signal A and the offset value signal B are stored in the final data storage unit 22 and the switching means. SW,
The offset value C is output to each switching means SW.
【0044】最終データ保存部22はRAM等の書換え
可能なメモリで構成し、図2に示すイグニッションスイ
ッチ11がオフ操作されて移動体Mが停止する場合、制
御信号S2のストップ信号Stが提供されると、変数演
算部21からの感度係数A(=Ao)、オフセット値B
(=Bo)を取込み、最終データAo、Boとして保存
する。また、最終データ保存部22は、イグニッション
スイッチ11がオン操作されて移動体Mが再び移動を開
始する場合、制御信号S2のスタート信号Srが提供さ
れると、保存している最終データAo、Boを所定時間
切替手段SWに出力する。The final data storage unit 22 is composed of a rewritable memory such as a RAM. When the ignition switch 11 shown in FIG. 2 is turned off to stop the moving body M, the stop signal St of the control signal S2 is provided. Then, the sensitivity coefficient A (= Ao) from the variable calculation unit 21 and the offset value B
(= Bo) is taken in and saved as the final data Ao and Bo. In addition, when the ignition switch 11 is turned on and the moving body M starts to move again, the final data storage unit 22 receives the start signal Sr of the control signal S2 and saves the final data Ao, Bo. Is output to the switching means SW for a predetermined time.
【0045】切替手段SWは論理スイッチ等で構成し、
タイマ回路23から提供されるタイマ情報Tに制御さ
れ、変数演算部21からの感度係数信号A、オフセット
値信号BおよびCと、最終データ保存部22からの最終
データAo、Boを切替え、図2の演算手段7に提供す
る。The switching means SW is composed of a logical switch or the like,
Controlled by the timer information T provided from the timer circuit 23, the sensitivity coefficient signal A, the offset value signals B and C from the variable calculator 21 and the final data Ao and Bo from the final data storage 22 are switched, The calculation means 7 is provided.
【0046】このように、変数演算手段6は、移動体の
イグニッションスイッチ11がオフ操作された場合の感
度係数信号Aおよびオフセット値信号Bを最終データA
o、Boとして保存しておき、イグニッションスイッチ
11がオン操作されて移動体が再び移動を開始した場合
の所定時間に最終データAo、Boで提供するので、再
移動開始時の感度係数信号Aおよびオフセット値信号B
が決定されない状態を回避し、ハイブリッドセンサ1は
再移動開始時から実角速度ωSNに基づいて方位角θを演
算して出力することができる。In this way, the variable calculation means 6 determines the sensitivity coefficient signal A and the offset value signal B when the ignition switch 11 of the moving body is turned off as the final data A.
O and Bo are stored and provided as final data Ao and Bo at a predetermined time when the ignition switch 11 is turned on and the moving body starts moving again. Therefore, the sensitivity coefficient signal A at the start of re-moving and Offset value signal B
The hybrid sensor 1 can calculate and output the azimuth angle θ based on the actual angular velocity ω SN from the start of the re-movement, while avoiding the state in which is not determined.
【0047】なお、本実施例では、加速度センサに感度
ドリフトの小さなものを用いて角速度センサの感度ドリ
フトおよびオフセットドリフトを移動体の走行中に補正
し、移動体の方向を精度よく検出するよう構成したが、
角速度センサに感度ドリフトの小さなものを用いて加速
度センサの感度ドリフトおよびオフセットドリフトを移
動体の走行中に補正し、移動体に作用する加速度を高精
度で検出するよう構成することもできる。In this embodiment, the acceleration sensor having a small sensitivity drift is used to correct the sensitivity drift and the offset drift of the angular velocity sensor during the traveling of the moving body so that the direction of the moving body can be accurately detected. However,
The angular velocity sensor having a small sensitivity drift may be used to correct the sensitivity drift and the offset drift of the acceleration sensor during traveling of the moving body, and to detect the acceleration acting on the moving body with high accuracy.
【0048】また、本発明は、移動ロボットの制御、車
両用アクティブサスペンション制御、4WS制御、およ
びアンチブレーキングシステム等にも応用することがで
きる。The present invention can also be applied to control of mobile robots, active suspension control for vehicles, 4WS control, anti-braking system and the like.
【0049】[0049]
【発明の効果】以上説明したようにこの発明に係るハイ
ブリッドセンサは、角速度センサ、加速度センサ、セン
サ補正手段を備え、走行中に、センサ補正手段が角速度
信号、加速度信号および移動体に設けられた速度センサ
からの速度信号を複数回取込み、角速度センサの感度係
数およびオフセット値を演算して実角速度を算出し、こ
の角速度に基づいて方位角演算手段が方位角を算出する
ので、角速度センサに時間経過とともに変化する感度ド
リフトおよびオフセットドリフトがあっても補正して方
位角を算出することができ、移動体の方向を正確に検出
することができる。As described above, the hybrid sensor according to the present invention is provided with the angular velocity sensor, the acceleration sensor, and the sensor correcting means, and the sensor correcting means is provided on the angular velocity signal, the acceleration signal, and the moving body during traveling. The velocity signal from the velocity sensor is taken in multiple times, the sensitivity coefficient and offset value of the angular velocity sensor are calculated to calculate the actual angular velocity, and the azimuth angle calculation means calculates the azimuth angle based on this angular velocity. Even if there is a sensitivity drift and an offset drift that change over time, the azimuth angle can be calculated and corrected, and the direction of the moving body can be accurately detected.
【0050】なお、センサ補正手段が加速度センサの感
度係数およびオフセット値を演算して補正するので、実
加速度を検出することもできる。Since the sensor correction means calculates and corrects the sensitivity coefficient and offset value of the acceleration sensor, the actual acceleration can be detected.
【0051】また、この発明に係るハイブリッドセンサ
は、変数演算手段に最終データ保存部を設け、移動体が
停止直前に演算した感度係数およびオフセット値を保存
し、移動体の再移動開始時に保存データに基づいて角速
度を算出するので、再移動開始時にも正確な方向を検出
することができる。Further, in the hybrid sensor according to the present invention, the variable calculation means is provided with a final data storage section for storing the sensitivity coefficient and the offset value calculated immediately before the moving body is stopped, and the stored data is stored when the moving body starts to move again. Since the angular velocity is calculated based on, it is possible to detect the accurate direction even at the start of re-movement.
【0052】よって、検出精度および信頼性に優れ、利
便性の高いハイブリッドセンサを提供することができ
る。Therefore, it is possible to provide a highly convenient hybrid sensor having excellent detection accuracy and reliability.
【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]
【図1】この発明に係るハイブリッドセンサの方向検出
に関する説明図FIG. 1 is an explanatory diagram related to direction detection of a hybrid sensor according to the present invention.
【図2】この発明に係るハイブリッドセンサの要部ブロ
ック構成図FIG. 2 is a block diagram of a main part of a hybrid sensor according to the present invention.
【図3】センサ補正手段に設けた変数演算手段の一実施
例要部ブロック構成図FIG. 3 is a block diagram of the essential part of an embodiment of a variable calculation means provided in the sensor correction means.
1…ハイブリッドセンサ、2…角速度センサ、3…加速
度センサ、4…センサ補正手段、5…センサデータ記憶
手段、6…変数演算手段、7…演算手段、8…制御手
段、9…方位角演算手段、10…速度センサ、11…イ
グニッションスイッチ、21…変数演算部、22…最終
データ保存部、23…タイマ回路、SW…切替部、A…
感度係数、B,C…オフセット値、Ao,Bo…最終デ
ータ、DO…センサデータ、M…移動体、S1〜S4…
制御信号、v…車速信号、αS…加速度信号、αSN…実
加速度、ωS…角速度信号、ωSN…実角速度、θ…方位
角。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Hybrid sensor, 2 ... Angular velocity sensor, 3 ... Acceleration sensor, 4 ... Sensor correction means, 5 ... Sensor data storage means, 6 ... Variable calculation means, 7 ... Calculation means, 8 ... Control means, 9 ... Azimuth calculation means 10 ... Speed sensor, 11 ... Ignition switch, 21 ... Variable operation part, 22 ... Final data storage part, 23 ... Timer circuit, SW ... Switching part, A ...
Sensitivity coefficient, B, C ... Offset value, Ao, Bo ... Final data, D O ... Sensor data, M ... Moving body, S1-S4 ...
Control signal, v ... Vehicle speed signal, α S ... Acceleration signal, α SN ... Actual acceleration, ω S ... Angular velocity signal, ω SN ... Real angular velocity, θ ... Azimuth angle.
Claims (4)
らのセンサからの角速度信号、加速度信号、および速度
センサからの速度信号に基づき、前記角速度センサ、ま
たは前記加速度センサの感度係数およびオフセット値を
補正するセンサ補正手段を備え、移動中に、移動体の方
向、または前記移動体に作用する加速度を検出すること
を特徴とするハイブリッドセンサ。1. An angular velocity sensor, an acceleration sensor, and a sensitivity coefficient and an offset value of the angular velocity sensor or the acceleration sensor are corrected based on an angular velocity signal from these sensors, an acceleration signal, and a velocity signal from the speed sensor. A hybrid sensor, comprising: a sensor correction unit for detecting a direction of a moving body or an acceleration acting on the moving body during movement.
らの角速度信号、加速度信号および速度信号を所定時間
内に所定回数だけ読み込んで記憶するセンサデータ記憶
手段と、このセンサデータ記憶手段に記憶されたデータ
に基づいて前記感度係数および前記オフセット値を演算
する変数演算手段と、前記センサデータ記憶手段および
前記変数演算手段を制御する制御手段とを設けたことを
特徴とする請求項1記載のハイブリッドセンサ。2. A sensor data storage means for reading the angular velocity signal, the acceleration signal and the velocity signal from each of the sensors a predetermined number of times within a predetermined time in the sensor correction means, and the sensor data storage means. 2. The hybrid according to claim 1, further comprising variable calculation means for calculating the sensitivity coefficient and the offset value based on the data obtained, and control means for controlling the sensor data storage means and the variable calculation means. Sensor.
らの角速度信号、加速度信号および速度信号を所定時間
内に所定回数だけ読み込んで記憶するセンサデータ記憶
手段と、このセンサデータ記憶手段に記憶されたデータ
に基づいて前記感度係数および前記オフセット値を演算
する変数演算手段と、この変数演算手段からの出力に基
づいて実際の加速度または角速度を演算する演算手段
と、前記センサデータ記憶手段、前記変数演算手段およ
び演算手段を制御する制御手段とを設けたことを特徴と
する請求項1記載のハイブリッドセンサ。3. A sensor data storage means for reading the angular velocity signal, the acceleration signal and the velocity signal from each of the sensors a predetermined number of times within a predetermined time and storing them in the sensor correction means, and the sensor data storage means. Variable calculation means for calculating the sensitivity coefficient and the offset value based on the data, calculation means for calculating the actual acceleration or angular velocity based on the output from the variable calculation means, the sensor data storage means, the variable The hybrid sensor according to claim 1, further comprising an arithmetic means and a control means for controlling the arithmetic means.
直前に演算した前記感度係数および前記オフセット値を
保存する最終データ保存部を設け、前記移動体の再移動
開始時に、前記最終データ保存部からの最終データに基
づいて実際の角速度を演算することを特徴とする請求項
1記載のハイブリッドセンサ。4. The variable calculation means is provided with a final data storage section for storing the sensitivity coefficient and the offset value calculated immediately before the moving body stops, and when the moving body starts to move again, the final data storage section is provided. The hybrid sensor according to claim 1, wherein an actual angular velocity is calculated based on final data from the section.
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6627794A JPH07280584A (en) | 1994-04-04 | 1994-04-04 | Hybrid sensor |
| US08/409,197 US5786744A (en) | 1994-03-24 | 1995-03-23 | Hybrid sensor |
| EP01125445A EP1211515B1 (en) | 1994-03-24 | 1995-03-24 | Hybrid sensor with correcting means |
| DE69527454T DE69527454T2 (en) | 1994-03-24 | 1995-03-24 | Hybrid sensor |
| EP95301989A EP0674182B1 (en) | 1994-03-24 | 1995-03-24 | Hybrid sensor |
| DE69534764T DE69534764T2 (en) | 1994-03-24 | 1995-03-24 | Hybrid sensor with correction device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6627794A JPH07280584A (en) | 1994-04-04 | 1994-04-04 | Hybrid sensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07280584A true JPH07280584A (en) | 1995-10-27 |
Family
ID=13311188
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6627794A Pending JPH07280584A (en) | 1994-03-24 | 1994-04-04 | Hybrid sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07280584A (en) |
-
1994
- 1994-04-04 JP JP6627794A patent/JPH07280584A/en active Pending
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20031014 |