JPH08297033A

JPH08297033A - ナビゲーション装置

Info

Publication number: JPH08297033A
Application number: JP12564395A
Authority: JP
Inventors: Katsuomi Nagahama; 克臣長濱; Masatoshi Oba; 正利大場; Yukio Ogawa; 幸男小川; Yoshiyuki Morita; 善之森田; Atsushi Imakita; 淳今北; Hisanori Fujimoto; 尚紀藤本
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1995-04-27
Filing date: 1995-04-27
Publication date: 1996-11-12

Abstract

(57)【要約】【目的】重力加速度の影響を抑制し、坂道等の車両が
傾斜した状態でも正確に相対位置検知を行うことができ
るナビゲーション装置を提供すること【構成】相対位置検知装置４は、加速度センサ８で検
出したセンサ出力を積分して得られた速度と、ジャイロ
センサ７で検出した角速度を制御装置３に送る。ＧＰＳ
装置２は、ＧＰＳ信号を受信し正確な絶対位置情報を制
御装置に送る。制御装置では、両装置２，４からの情報
に基づいて現在位置を算出する。さらに、傾斜センサ１
５を設け、そのセンサ出力に基づいて加速度センサのセ
ンサ出力に含まれる重力加速度成分を除去する補正を行
い、正確な速度（距離）情報を求め、相対位置検出の精
度を向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ナビゲーション装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】自動車などに搭載されるナビゲーション
装置は、一般にＧＰＳ（ＧｌｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎ
ｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）を利用して自動車の絶対位置を
検出し、予め記憶した地図データに合成し、現在の自動
車の位置を表示することを基本システムとしている。

【０００３】よく知られているように、ＧＰＳは精度よ
い絶対位置をリアルタイムで測位できるものの、高架
下，トンネル内，気象条件等によりＧＰＳ用の人工衛星
からの電波を受信できない（受信感度が低い）場所や、
ビルの谷間のように電波が反射して精度良い計測ができ
ないという問題がある。

【０００４】したがって、係る欠点を補うため、通常は
車速（距離）情報と方位情報を検出して自動車の相対位
置を検出する自立航法を併用したハイブリッド航法が用
いられる。すなわち、ＧＰＳが機能している時はその受
信信号に基づいて自動車の絶対位置を検出し、ＧＰＳが
機能しない（電波を受信できない時）は、自立航法によ
り受信できなくなった時の自動車の絶対位置を基準位置
とし、そこからの相対位置を求めることにより現在の自
動車の位置を求めるようにしている。

【０００５】そして、車速情報の検知は、車のスピード
メータに使われる車速パルスを用いて行うのが一般的で
ある。また、方位は地磁気センサ，光ファイバジャイ
ロ、セラミックジャイロ等が用いられる。しかし、上記
車速パルスを用いる方法では、取付上の制約やタイヤの
磨耗等による誤差、また車種間で出力形式に統一性がな
く、汎用性に乏しいという問題がる。

【０００６】そこで、これらの問題を解決するために、
車速パルス方式に替えて、加速度センサを用い、そのセ
ンサ出力（加速度）を積分処理することにより速度（距
離）を検知することも考えられている（特開平５−１０
７７４号公報等）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た加速度センサを用いた方式では、タイヤの磨耗による
誤差等の問題は解決されたものの、以下に示す新たな問
題が生じる。すなわち、加速度センサには検出感度の方
向性があり、センサの取付角度により出力感度が大きく
異なるという問題がある。従って、取り付け処理を正確
に行わなければならず、その作業が煩雑となる。

【０００８】また、仮に精度良く取り付けられたとして
も、車両に取付けられた加速度センサには、ロール・ピ
ッチの影響があり、例えば坂道での移動は重力の影響も
受けるためたとえ同一の加速度であっても、センサ出力
は平地走行時、上り坂移動時，下り坂移動時でそれぞれ
異なる。また、旋回（転回）時では遠心力が加わり、や
はり同一の加速度であっも直進移動時のセンサ出力とは
異なる出力が得られる。このように、同一の加速度であ
っても、車両の走行姿勢等によりセンサ出力が異なるた
め、そのセンサ出力を積分して得られる速度情報に誤差
を生じる。

【０００９】本発明は、上記した背景に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、上記した問題を解決
し、走行中に発生するロール・ピッチに伴い生じる進行
方向以外の加速度の影響を可及的に抑制でき（誤差成分
を除去し）、坂道やカーブ等の移動時の移動物体（車
両）の姿勢に関係なく正確に加速度に基づく速度を求め
ることができ、加速度センサを用いた高精度の相対位置
検知を行うことができ、さらに、加速度センサの取り付
けが比較的簡単に精度良く行えるナビゲーション装置を
提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明に係るナビゲーション装置では、基準位
置からの相対位置を求めるための移動物体の移動方向，
移動量に関するデータを抽出する相対位置検出手段と、
地図情報を持つ地図情報記憶手段と、前記地図情報や車
両の現在位置を表示する表示手段と、上記の制御を行う
制御手段とを備えてなるナビゲーション装置において、
相対位置検出手段は、進行方向に高感度となるように配
置された加速度センサと、ジャイロセンサ等の進行方向
に関する情報を検出する検出手段を有したものを前提と
する。そして、重力方向に高感度となるように配置され
た加速度センサからなる傾斜検知装置と、その傾斜検知
装置の出力を用い、前記相対位置検知装置の出力である
進行方向の加速度を検知する加速度センサのセンサ出力
に含まれる傾斜に基づく誤差分を除去する補正を行う補
正手段とを備えて構成した（請求項１）。

【００１１】また、上記と同一の前提からなるナビゲー
ション装置に対して、進行方向と直交する横方向に高感
度となるように配置された遠心力検知用加速度センサ
と、その遠心力検知用加速度センサの出力を用い、前記
相対位置検知装置の出力である進行方向の加速度を検知
する加速度センサのセンサ出力に含まれる遠心力に基づ
く誤差分を除去する補正を行う補正手段とを備えて構成
してもよい（請求項２）。

【００１２】そして、いずれの場合も、精度を向上させ
るためには、ＧＰＳ等の絶対位置を求める絶対位置検出
手段を備え、前記制御部は、前記相対位置検出手段と前
記絶対位置検出手段からの出力信号に基づいて車両の現
在位置を決定する機能を追加することである（請求項
３）。

【００１３】また、好ましくは前記加速度センサを、姿
勢制御装置を介して前記移動物体に装着するようにし、
前記姿勢制御装置は、所定の回転軸または支点を基準と
して前記加速度センサを移動可能に支持するとともに、
前記移動物体に対する前記加速度センサの相対的な姿勢
を、前記移動物体の移動姿勢の変化と逆方向に変化させ
るようにすることである（請求項４）。

【００１４】さらに好ましくは、前記姿勢制御装置が、
直交する２つの回転軸回りに適宜回転するジンバル構造
からなり、さらに前記移動物体のピッチ方向に対してダ
ンパ構造を持たせるようにしたり（請求項５）、或い
は、前記移動物体のロール方向とピッチ方向に対して、
それぞれダンパ構造を持たせることである（請求項
６）。さらにまた、前記姿勢制御装置が、前記加速度セ
ンサの移動を抑制する移動停止機構をさらに備え、前記
移動物体の姿勢変化に追従して前記加速度センサの相対
的姿勢を変化させるモードと、相対的姿勢を固定するモ
ードを切り替える切り替え手段を備えて構成するとなお
よい（請求項７）。

【００１５】

【作用】進行方向に対して高感度となるように設置され
た加速度センサのセンサ出力は、移動物体が水平でかつ
直進している場合には、移動速度の変化である真の加速
度に対応したものとなる。しかし、実際には、坂道を移
動するなど傾斜すると重力加速度の影響を受け、また曲
る際に生じる遠心力を受けるため、そのセンサ出力には
上記重力加速度や遠心力も加わった値となる。

【００１６】そこで請求項１のように構成すると、傾斜
検知装置により傾斜に応じたセンサ出力が得られるの
で、そのセンサ出力に基づいて補正手段により補正値を
求め、加速度センサのセンサ出力値に基づくデータを補
正する。これにより真の（移動速度，距離情報を算出す
るのに必要な）進行方向の加速度を抽出できる。なお、
係る補正処理は、センサ出力に対して直接行ってもよい
が、センサ出力（加速度）に基づいて演算される速度情
報や距離情報に対して行ってもよい（間接的にセンサ出
力を補正する）。

【００１７】また、請求項２のように構成すると、遠心
力検知用加速度センサにより、横方向の加速度を検出で
きるので、上記と同様に進行方向用の加速度センサに含
まれる、回転時の遠心力により生じる加速度成分を分離
可能となる。よって、正確な真の加速度を求めることが
でき、それに基づき正確な移動距離などを求め、移動体
の正確な相対位置が算出される。

【００１８】また、請求項４〜７のように構成すると、
加速度センサの姿勢が制御され、加速度センサは、その
検出軸（高感度方向）と重力方向とが常に直交（最小感
度方向が重力方向と一致）する姿勢を維持する。したが
って、加速度センサへの重力加速度の影響が最小限に抑
えられ、その後上記補正処理を行うことにより、より正
確な測定が行える。特に請求項５，６のようにすると、
ダンパ構造により所定方向の振動が吸収され、センサ出
力に含まれる誤差分が可及的に減少する。また請求項７
のように構成した場合には、通常は上記請求項４〜６に
示す動作原理にしたがって、センサ出力に誤差成分が含
まれるのを抑制するが、姿勢制御装置が共振により暴走
するようなおそれがあるなど正常な動作が行えなくなる
場合には、姿勢制御を停止することができるので、上記
した補正処理のみによる誤差分除去が行われる。従っ
て、状況に応じて２つのモードを切り替えて実行するこ
とにより、常時最適な処理が行われて誤差分が除去さ
れ、正確な測定（相対位置検出）が行われる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明に係るナビゲーション装置の好
適な実施例を添付図面を参照にして詳述する。図１は本
発明の第１実施例の概略構成を示した図で、同図に示す
ように、人工衛星からのＧＰＳ信号をアンテナ１で受信
し、その受信した信号をＧＰＳ受信部２に与えるように
している。ＧＰＳ受信装置２は、同時に受信した複数の
人工衛星からの受信信号に基づき、所定の演算処理によ
り現在位置の緯度と経度を算出し、制御装置３に転送す
るようになっている。尚、係る演算処理は公知のため具
体的な説明を省略する。

【００２０】制御装置３には、自立航法するための相対
位置検知装置４（具体的な構成は後述する）からの検出
信号も与えられる。そして制御装置３では、ＧＰＳに基
づく絶対位置情報と、相対位置検知装置４から与えられ
る前回の位置からの相対的な移動方向，距離に基づく相
対位置情報を用いて車両の現在位置を算出するようにな
っている。

【００２１】すなわち、この制御装置３は、ＧＰＳ受信
装置２からの入力がある場合にはそれを優先し、緯度・
経度の絶対位置に基づいて地図情報記憶部５にアクセス
し、対応する地図を読み出すとともに、その地図上の存
在位置にポインタなどの自車の現在位置を表示するマー
クを重ね合わせて、位置表示装置６に出力表示する。

【００２２】一方、ＧＰＳ受信装置２からの入力信号が
なくなると、相対位置検知装置４からの入力信号（移動
方向と移動距離に関する情報）に基づき、前回の存在位
置に対して入力信号（相対移動位置）を加算（移動方向
（進行方向）に移動距離を加算する）して現在位置を求
め、そのようにして求めた現在位置を上記と同様に位置
表示装置６に出力表示する。なお、上記の説明ではＧＰ
Ｓ側を優先的に使用するようにしたが、本発明はこれに
限ることなく相対位置検知装置４からの出力を基本と
し、ＧＰＳ信号等の絶対位置情報に基づいて適宜更正す
るようにしても良い。

【００２３】なお、上記したアンテナ１としては、たと
えば指向性のない（弱い）直交ダイポールアンテナ，ヘ
リカルアンテナ、平面アンテナ等が用いられる。また、
地図情報記憶部５としては、ＣＤ−ＲＯＭやＩＣカード
などを用いることができる。さらに位置表示装置６とし
ては、液晶ディスプレイが小型のためよいが、ＣＲＴデ
ィスプレイでもよい。

【００２４】次に、相対位置検知装置４の構成について
説明すると、本ナビゲーション装置が実装される移動物
体である車両（自車）の移動方向（進行方向）を検出す
るための基準データである角速度を検出するジャイロセ
ンサ７と、移動距離を求めるための基準データである加
速度を検出する加速度センサ８とを備えている。ジャイ
ロセンサ７としては、地磁気ジャイロ，光ファイバジャ
イロ，圧電振動ジャイロ等の各種のセンサを用いること
ができる。そして、基本的にはジャイロセンサ７から得
られる角速度情報を積分して角度情報に変換することに
より移動方向を求めるもので、上記角度情報に変換する
機能は、相対位置検知装置４側にもたせてもよく、ある
いは制御装置３側にもたせてもよい。

【００２５】また、加速度センサ８は、静電容量型やピ
エゾ型等の半導体加速度センサや、圧電素子型等の種々
のものを用いることができる。そして、本実施例ではピ
エゾ型の半導体加速度センサを用い、その加速度センサ
８からは加速度に対応した電圧が出力されるようになっ
ている。さらに、加速度センサで検出された加速度を積
分することにより自車の速度を求め、さらに積分するこ
とにより移動距離を求めるようになる。そして、上記積
分（２階積分）処理を角度算出と同様に、相対位置検知
装置４或いは制御装置３で行う。すなわち、相対位置検
知装置４からは、加速度情報，速度情報，距離情報のい
ずれかが出力され、制御装置３では与えられた情報に対
して必要に応じて積分処理を行い所望のデータを得るよ
うになっている。

【００２６】一方、相対位置検出の具体的な検出アルゴ
リズムの一例を示すと以下のようにして行われる。すな
わち始点の位置及び移動方向がわかっているとする。す
ると、速度ｖ、方向θが常に検出できれば、次式を単位
時間ごとに計算することにより現在位置が求まる。

【００２７】Ｘ＝Ｘ１＋ｖ・ｃｏｓθ Ｙ＝Ｙ１＋ｖ・ｓｉｎθ ただし、（Ｘ，Ｙ）：現在位置（Ｘ′，Ｙ′）：前回の位置そして、速度ｖは上記したように加速度センサ８の出力
を積分することにより求め、角度θは始点での方向と角
度の変化により求めることができる。ここで、始点での
位置，方向はＧＰＳ方位情報から、角度の変化はジャイ
ロセンサ７の出力より求められる。

【００２８】そして、本実施例では上記演算処理は制御
装置３内で行われ、相対位置検知装置７からは、各セン
サ７，８の出力である角度及び加速度が出力されるよう
になっている。

【００２９】さらに、本実施例では、ＧＰＳ信号から得
られる絶対位置情報に基づいて、上記加速度センサ８の
センサ出力から速度情報を算出する際の補正を行うよう
にしている。すなわち、図２に示すように、ＧＰＳ装置
２から得られる絶対位置の時系列データ（Ｘ（ｎΔ
ｔ），Ｙ（ｎΔｔ））を微分処理部１０に送り、そこに
おいて微分処理し、速度の時系列データＶ１（ｎΔｔ）
を算出する。

【００３０】一方、車両の進行方向に生じる加速度を検
知する加速度センサ８の出力Ａ（ｎΔｔ）を、積分処理
部１１に与え、そこにおいて予め設定された関数により
積分処理を行い、相対速度の時系列データＶ２（ｎΔ
ｔ）を算出する。

【００３１】そして、単位時間中に得られたデータＶ１
（ｎΔｔ），Ｖ２（ｎΔｔ）を積分関数変換部１２に与
え、そこにおいて最尤推定を行いＶ１（ｎΔｔ）／Ｖ２
（ｎΔｔ）の分布における最尤値αを求め、これを積分
処理部１１に転送する。積分処理部１１では、上記した
ように加速度センサ８のセンサ出力Ａ（ｎΔｔ）を積分
処理するが、さらにそのようにして得られた積分値に上
記最尤値αを補正値として乗算処理するようにしてい
る。これにより、センサの取付誤差及び経年変化誤差が
補正される。なお、係るＧＰＳ信号に基づく補正処理
は、必ずしも行う必要はなく、加速度センサ出力を積分
して速度を求めるようにしてもよい。

【００３２】ここで本発明では、図１に示すように傾斜
センサ１５を付加し、重力加速度による加速度センサ８
のセンサ出力に対する誤差を補正するようにしている。
すなわち、自車が坂道を移動している場合には、加速度
センサ８には、移動速度の変化にともなう加速度に重力
加速度がさらに加わってしまうので、その重力加速度に
ともなう分だけ誤差となる。そして、坂道の傾斜が強い
ほど誤差が大きくなる。

【００３３】そこで、予め、加速度センサ８の姿勢情報
に基づいた重力加速度誤差成分の補正テーブル１６を作
成しておく。そして、傾斜センサ１５の出力を補正値決
定部１７に与え、補正値決定部１７では、入力されたデ
ータに基づいて補正テーブル１６を参照し、対応する補
正値を読み出すとともに、その補正値を減算器１８に転
送する。また、この減算器１８には、積分処理部１１の
出力も与えられる。そして、減算器１８にて、「積分値
−補正値」を実行し、その演算結果を積分関数変換部１
２に送る。すなわち、重力加速度による誤差は、相対速
度のオフセット誤差となるため、上記のように推定され
た誤差分に相当する補正値を、算出された相対速度に対
して減算処理を行うことにより重力加速度誤差を補正す
ることができる。なお、本実施例では上記補正テーブル
１６，補正値決定部１７および減算器１８にて補正手段
が構成される。

【００３４】そして、上記傾斜センサ１５として本実施
例では速度検出のために設置される加速度センサ８と同
じ型のものを使用し、図３に示すように、両センサ８，
１５を一体化している。すなわち、両センサ８，１５
は、同一特性からなるピエゾ抵抗型の半導体センサを用
いて構成され、１つの筐体２０内に実装される。

【００３５】各センサ８，１５は、おもり部８ａ，１５
ａが梁部８ｂ，１５ｂを介して片持ち支持されるととも
に、その梁部８ｂ，１５ｂにピエゾ抵抗効果素子８ｃ，
１５ｃが取り付けられて構成される。そして、おもり部
８ａ，１５ａに加速度が加わると、そのおもり部８ａ，
１５ａは、梁部８ｂ，１５ｂを中心に揺れる。そして、
その揺れ角（振れ角）は、加速度が大きいほど大きくな
り、そのように振れ角が大きいと梁部８ｂ，１５ｂの撓
み量も大きくなり、貼り付けられたピエゾ抵抗効果素子
８ｃ，１５ｃも大きく歪み、抵抗値が大きく変化する。
その抵抗値の変化を電圧変換することにより加速度に応
じた電圧値を出力できるようにし、その電圧値から加速
度を検知するようになっている。

【００３６】そして、各センサはその検出感度の良好な
方向が直交するように配置される。すなわち、進行方向
と重力方向がそれぞれ図中片側矢印で示すようになって
いると仮定し、加速度センサ８はおもり部８ａが筐体２
０の底面２０ａに垂直するように配置され、傾斜センサ
１５はそのおもり部１５ａが筐体２０の底面２０ａと平
行になるように配置される。

【００３７】これにより、傾斜センサ１５は、同図中両
方向矢印に示すように揺れ動くので、上下方向、すなわ
ち重力方向と同一方向の加速度に対する検出感度が最も
高くなり、傾斜に対応した出力となる。したがって、重
力加速度を検出することになる。そして、本実施例で
は、傾斜センサ１５からの出力は、重力加速度にともな
う誤差に応じた出力電圧であり、具体的な傾斜角度では
ない。そこでこれにともない、上記した補正テーブル
は、傾斜センサ１５からの出力電圧と、その時の補正値
とを対にした状態で格納することになる。

【００３８】なお、本実施例でテーブル参照方式により
補正値を求めるようにしたのは、傾斜センサ１５の出力
電圧と補正値が完全な比例関係にないので、より正確な
補正制御を行うためである。したがって、要求される仕
様によって精度をある程度低下させて良い場合には、補
正値決定部１７にて与えられたセンサ出力に対して予め
求めた演算式にしたがって演算処理を行い、補正値を決
定してもよい。その場合であっても従来の補正しないも
のに比べれば、精度は向上する。そして本実施例では同
一タイプのセンサを用いているので、その出力特性はほ
ぼ同じであるので、比較的単純な式でおよその補正値を
算出することが可能となる。

【００３９】また、本実施例のように、加速度センサと
傾斜センサをともに小型で廉価な半導体型の加速度セン
サを用いて構成したため、傾斜センサを設けて補正機能
を付加しても装置全体では従来のものと比べてさほど大
型化しない。

【００４０】さらに、本実施例では加速度センサ８と傾
斜センサ１５とを同一の筐体２０内に実装し一体化した
ため、同一地点での加速度と傾斜を検出できるので、測
定精度が上がるとともに、筐体２０内に設置する際に両
者の高感度方向の相対位置関係（直交方向）を精度よく
行うと、実際の車両への設置の際には筐体２０の姿勢を
考慮して行えばよく、比較的簡単に行える。

【００４１】図４は本発明の第２実施例を示している。
本実施例では上記した実施例と相違し、車両の転回動作
等により生じる、進行方向軸以外の横方向の加速度によ
る誤差の除去を図るものである。すなわち、道路を曲っ
たり、或いは湾曲している道路を走行している場合に
は、車両ひいては加速度センサ８に対して遠心力が加わ
り、その遠心力に基づく横方向の加速度が加わるので、
加速度センサ８の出力には本来の速度変化に伴う加速度
成分に上記横方向（遠心力方向）の加速度（誤差）も含
んだ値となる。

【００４２】そこで本実施例では、車両の進行方向に対
して水平方向に直交する遠心力方向を検知軸とする加速
度センサ２５を設け、遠心力方向検知用加速度センサ２
５のセンサ出力を用いて上記遠心力による誤差分を除去
するようにしている。

【００４３】すなわち、前後方向（進行方向）に発生す
る真の加速度の値をＧ_前後とし、左右方向（遠心力方
向）に発生する真の加速度の値をＧ_左右とすると、各セ
ンサ８，２５のセンサ出力は、上記両値が合成された値
となる。つまり、前後方向（進行方向）用の加速度セン
サ８のセンサ出力Ｇ_FEは、Ｇ_FE＝Ｇ_前後＋αＧ_左右 …（１）となる。ここでαは、センサ固有の他軸感度定数であ
る。

【００４４】同様に、遠心力検知用の加速度センサ２５
の出力Ｇ_LRは、Ｇ_LR＝Ｇ_左右＋αＧ_前後 …（２）となる。

【００４５】そして、上記した（１），（２）より下記
式が成り立つ。

【００４６】

【数１】一方、車両が転回をしている場合、その回転半径をｒ0
、角速度をωとすると、遠心力であるＧ_左右は、Ｇ_左右＝ｒ0 ω² …（４）となり、車両の角速度ωは、ジャイロの出力ω0 により
近似でき、さらに回転半径ｒ0 は、両センサの出力から
近似的に下記式により求めることができる。

【００４７】

【数２】そして、係る演算により求めた半径Ｒは、その距離が大
きくなるほど実際の半径ｒ0 との差も大きくなるが、相
対的な割合は加速度に比べると無視できるのでＲをｒ0
とみなすことができる。したがって、最終的に求める真
の進行方向の加速度Ｇ_前後は、下記式により求められ
る。

【００４８】

【数３】そして、上記原理を実施するための誤差分除去を行う補
正装置としては、図５に示すようになっている。信号・
補正処理の順にしたがってその構成を説明すると、ま
ず、進行方向用の加速度センサ８のセンサ出力Ｇ_FBを積
分器２６に与え、そこにおいて時間積分し、その演算結
果を回転半径算出部２７に与える。回転半径算出部２７
には、遠心力検知用加速度センサ２５のセンサ出力Ｇ_LR
も与えられ、Ｇ_LRと積分器２６の出力を、上記式（５）
に代入し、そのセンサ出力に基づく車両の回転半径Ｒを
算出する。

【００４９】この算出した回転半径Ｒは、ジャイロ出力
ω0 とともに遠心力方向加速度成分算出部２８に与えら
れ、そこにおいて上記式（４）を演算処理し、真の遠心
力Ｇ_左右を算出する。

【００５０】また、両センサ８，２５の出力は、加減算
器で「Ｇ_FB−Ｇ_LR」が演算処理された後、乗算器２９に
与えられ、係数（１／（１−α））が掛けられ、得られ
た演算結果が加算器に与えられ、上記遠心力方向加速度
成分算出部２８で求められた値Ｇ_左右とともに加算され
る。そして、その加算値が積分処理部３０に送られ、積
分されることにより、結果として式（６）を実行するこ
とになり、前後方向の真の速度Ｇ_前後が求まる。なお、
その他の構成並びに作用効果は上記した第１実施例と同
様であるので、同一符号を示しその詳細な説明を省略す
る。なお、この第２実施例と上記した第１実施例を組み
合わせて構成してももちろんよく、係る場合には傾斜と
遠心力の両方の影響を抑制できるので、より精度が向上
する。

【００５１】図６は本発明の第３実施例を示している。
本実施例では、加速度センサ８の取り付け機構の改良で
ある。すなわち、上記した各実施例では、加速度センサ
８は固定的に設置され、例えば坂道を移動する際に車両
が傾斜すると加速度センサ８も重力方向に対して車両と
同一角度に傾斜するように構成されたが、本実施例では
車両が傾斜しても加速度センサは追従しにくくし重力方
向と同一方向に起立した状態を保持するようにし、加速
度センサの出力自体に重力加速度の影響を受けにくくし
た。これにより、相対位置は二次元情報となるため、現
在の相対位置検知装置の誤差要因の一つである、三次元
情報を二次元情報として用いていることによる誤差も抑
えられる。

【００５２】具体的には、まず加速度センサ８が内蔵さ
れた筐体３２を移動可能に支持する。図示の例では、回
転軸３３に平面略三角形状の連結板３４を介して筐体３
２を取り付ける。そして、回転軸３３は機枠３５に対し
て回転自在に取り付けられる。これにより、回転軸３３
と筐体３２は一体化され、回転軸３３が回転すると筐体
３２（加速度センサ８）も同一角度だけ回転する。さら
に筐体３２の底面にはおもり３６を取り付けている。

【００５３】従って、この機枠３５を車両に固定する
と、坂道等で車両が傾斜するとそれにともない機枠３５
も傾斜する。しかし、重力の影響を受けて回転軸３３と
おもり３６を結ぶ線は常に重力方向になるような方向に
補正され、回転軸３３も回転する。これにより、加速度
センサ８の姿勢が、重力方向に対して一定になる。な
お、おもり３６を設置したのは、より確実に加速度セン
サ８の姿勢が重力方向に対して所定の関係になるように
するためで、筐体３２自体にある程度重量があるため、
仮におもり３６がなくても機能する。このように傾斜の
影響を受けにくくなるので、センサ出力に含まれる誤差
分が少なくなり、その後上記各信号処理を行うことによ
って、より高精度な相対位置検知が可能となる。なお、
加速度センサ８の出力に対する信号処理、及びその他の
構成は上記した各実施例と同様であるので、その詳細な
説明を省略する。

【００５４】図７は、本発明の第４実施例を示してい
る。上記した第３実施例では回転軸を中心として回転す
る一軸振子構造であるので、たとえば坂道での傾斜の影
響を抑制するなど、その誤差の吸収は一次元方向である
が、本実施例では二次元方向での誤差吸収を可能として
いる。すなわち、同図に示すように、加速度センサ８を
実装した筐体３２（筐体３２の底部には必要に応じてお
もりが装着される）を連結棒３７を介して機枠３５の天
井部に接続している。そして連結棒３７の上端は、その
接続点を中心として自由に回転移動できるようになって
いる（自由振子構造）。したがって、筐体３２は図中矢
印で示すように前後左右方向に移動可能のうとなり、内
蔵される加速度センサ８の最小感度方向と重力加速度方
向とを常に一致させることができ、傾斜による重力加速
度の影響等の誤差発生を最小限に押さえることができ
る。なお、加速度センサ８の出力に対する信号処理、及
びその他の構成は上記した各実施例と同様であるので、
その詳細な説明を省略する。

【００５５】図８は、本発明の第５実施例を示してお
り、本実施例は上記第３，第４実施例と同様に加速度セ
ンサが傾斜しにくくした構成を採った別の構成である。
図示するように、独立した回転軸４１とそれに従属する
別の回転軸４２とを組み合わせたジンバル構造を構成
し、そのジンバル構造４３の中心すなわち両軸４１，４
２の交点上に加速度センサ８を内蔵した筐体３２を設置
する。これにより、加速度センサ８は、常に三次元空間
上で同一姿勢を保つように制御され、進行方向に対して
も一定の姿勢をとることになる。従って、取り付け時に
加速度センサ８の向きが正しくなるように調整すると、
各回転軸４１，４２を中心に適宜回転し以後はその初期
設定時の加速度センサの姿勢を維持する。

【００５６】さらに本実施例では、ピッチ方向の回転軸
４１に対して加速度ａ１なる変数の粘性関数ｉ（ａ１）
を持つダンパ構造４５を付加させている。係る構成にす
ると、ロール動作による誤差の発生を、そのダンパ構造
４５で吸収し、最小限に抑えることが可能となる。

【００５７】図９は、本発明の第６実施例であり、上記
第４実施例を基本構成としている。すなわち、ジンバル
構造４３で加速度センサを保持し、さらに、回転軸４１
に所定のダンパ構造４５を実装した点で共通する。ここ
で本実施例では、ロール方向の回転軸４２に対しても加
速度ａ２なる変数の粘性関数ｊ（ａ２）を持つダンパ構
造４６を付加させることにより、ピッチ動作による誤差
の発生をもダンパ構造４６により吸収することが可能と
なる。このように、信号処理の前段に、誤差発生を抑制
させる機構を設けることにより、より高精度な相対位置
検知が可能となる。なお、その他の構成及び作用効果は
上記した各実施例と同様である。

【００５８】図１０は本発明の第７実施例を示してい
る。本実施例でも上記した第５，第６実施例と同様に，
ジンバル構造４３にて加速度センサ８を内蔵する筐体３
２を支持するようになっている。そして、本実施例で
は、係るジンバル構造４３を支持する軸４１，４２を基
台４７に回転自在に取り付けている。この基台４７は、
その上面に半球状の凹所４７ａが形成されており、この
凹所４７ａにジンバル構造４３の下半分が挿入されるよ
うになっている。

【００５９】そして、上記凹所４７ａには、球状の永久
磁石４８を配置している。これにより、永久磁石４８
は、凹所４７ａ内を自由に移動可能となり、重力を受け
ることにより地面を基準とした絶対軸軸上での最下方位
置に位置する。すなわち、仮に基台４７を水平に設置し
た場合には、図示するようにその半球の凹所４７ａの底
部に位置するが、傾斜してる場合には、凹所４７ａの内
面のうち、最も低い位置に移動することになる。

【００６０】さらに、ジンバル構造４３の下端には電磁
石４９を装着している。この電磁石４９は図示省略する
電源からの通電により磁界を発生し、上記永久磁石４９
と吸引力が生じるようになっている。そして、図示省略
するが永久磁石４８は、凹所４７ａから離反しないよう
に適宜のガイド手段により最下方位置を維持するように
なっており、これにより、上記通電により発生した吸引
力にを受けて、電磁石４９が永久磁石４８に引き寄せら
れ、それにともない軸４１，４２が適宜回転する。する
と、電磁石４９は、永久磁石４８の真上に位置するため
両者４９，４８を結ぶ線は、重力方向と一致する。した
がって、予め加速度センサ８の最小感度方向を永久磁石
４８を通るジンバル構造４３の直径方向に合わせておく
と、上記のように永久磁石４８と電磁石４９が重力方向
と一致した場合には、加速度センサ８の最小感度方向も
重力方向に一致することになる。

【００６１】したがって、基台４７を車両に取り付ける
際にその傾き調整（水平に設置する）を比較的ラフに行
っても、電磁石４９へ通電することにより、加速度セン
サ８を重力加速度の影響を受けにくい所定の姿勢にする
ことができる。よって、車両への取り付け作業が簡単と
なる。そして、実際の運転時には、電磁石４９への通電
を遮断する。すると、ジンバル構造４３により車両の傾
きなどに応じて基台４７が傾くと、各軸４１，４２回り
に適宜回転し、筐体３２（加速度センサ８）は、上記通
電による初期設定時の姿勢を維持する。

【００６２】なお、本実施例では永久磁石４８が移動
し、常に最下方位置にくるようにしたが、本発明はこれ
に限ることなく永久磁石４８を所定位置（通常は凹所４
７ａの底部）に固定していてもよい。係る構成にする
と、基台４７を車両に取り付ける際に水平度出しは精密
に行う必要があるが、基台４７を所定の状態で設置でき
たならば、上記と同様に電磁石４９に通電することによ
り加速度センサ８を所望の姿勢にすることができる。こ
の方式では、基台４７の設置が上記実施例よりも煩雑に
なるものの、構成が簡単となる。

【００６３】図１１は、本発明の第８実施例を示してい
る。同図に示すように、本実施例では図６に示した第３
実施例を基本とし、回転軸３３の回転を強制的に停止す
る機構を設けた。すなわち、第３実施例では、振子構造
をとっているため、特殊な場合（例えば共振を引き起こ
す周波数の誤差の入力時）に、誤差を増大させるモード
を持ち、かえって動作が不安定になるおそれがある。し
たがって、通常は振子構造による第３実施例の動作を行
わせ、外部信号の入力により、回転軸３３をロックして
誤差の増大を防ぐようにしている。

【００６４】すなわち、回転軸３３の一端に電磁ブレー
キ５０を装着する。電磁ブレーキ５０は、電磁石駆動装
置５１からの通電によりブレーキ力が発生し回転軸３３
の回転を阻止するもので、通常はブレーキがかかってい
ない状態となっており、第３実施例に示した動作原理に
したがって回転軸３３が回転し、内蔵する加速度センサ
８の姿勢を所定の状態に保つ。そして、所定の外部信号
が制御部５２に入力されると、その制御部５２からの制
御信号が電磁石駆動装置５１に伝わり、電磁ブレーキ５
０が動作するようになる。すると、加速度センサ８はそ
の時の姿勢を保持し、第１，第２実施例に示したような
通常の装置として機能する。

【００６５】なお、その他の構成は、第３実施例に示し
たものと同様であるので、同一符号を付しその説明を省
略する。また、係る構造は、たとえば図７に示す自由振
子構造のものに対しても適用できるのはもちろんであ
る。

【００６６】

【発明の効果】以上のように、本発明に係るナビゲーシ
ョン装置では、傾斜検知装置や遠心力検知用加速度セン
サの出力に基づいて、進行方向の加速度を検知するため
の加速度センサのセンサ出力に対して直接または間接的
に補正を行うようにしたため、そのセンサ出力に含まれ
る移動物体の傾斜にともなう重力加速度や、遠心力に基
づく成分が除去される。よって、真の移動物体の速度変
化にともない生じる加速度成分を分離抽出でき、正確な
移動物体の速度，移動距離を算出できる。その結果、加
速度センサを用いた高精度の相対位置検知を行うことが
できる。

【００６７】特に、請求項４〜６の構成を付加すると、
機械的に上記重力加速度の影響が受けにくくなるので、
加速度センサのセンサ出力に含まれる重力加速度に基づ
く誤差成分が可及的に抑制されるので、その後の上記補
正処理を行うことににより、より正確な測定が行うこと
ができる。また、請求項７のように構成した場合には、
通常は上記請求項４〜６に示す動作原理にしたがって、
センサ出力に誤差成分が含まれるのを抑制するが、姿勢
制御装置が共振により暴走するようなおそれがあるなど
正常な動作が行えなくなる場合には、姿勢制御を停止す
ることができるので、上記した補正処理のみによる誤差
分除去を行うことができる。よって、常に状況に応じた
正確な相対位置検出が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るナビゲーション装置の第１実施例
を示すブロック図である。

【図２】その要部を示すブロック図である。

【図３】加速度センサと傾斜センサの取り付け状態を示
す図である。

【図４】本発明に係るナビゲーション装置の第２実施例
を示すブロック図である。

【図５】その要部である補正装置を示すブロック図であ
る。

【図６】本発明に係るナビゲーション装置の第３実施例
を示す加速度センサの取り付け状態を示す図である。

【図７】本発明に係るナビゲーション装置の第４実施例
を示す加速度センサの取り付け状態を示す図である。

【図８】本発明に係るナビゲーション装置の第５実施例
を示す加速度センサの取り付け状態を示す図である。

【図９】本発明に係るナビゲーション装置の第６実施例
を示す加速度センサの取り付け状態を示す図である。

【図１０】本発明に係るナビゲーション装置の第７実施
例を示す加速度センサの取り付け状態を示す図である。

【図１１】本発明に係るナビゲーション装置の第８実施
例を示す加速度センサの取り付け状態を示す図である。

【符号の説明】

２ＧＰＳ装置３制御装置４相対位置検知装置６表示装置７ジャイロセンサ８加速度センサ（進行方向用）１３微分処理１４積分処理部１５積分関数変換処理部１５傾斜センサ１６補正テーブル（補正手段）１７補正値決定部（補正手段）１８減算器（補正手段）２５遠心力方向用加速度センサ３３回転軸４１，４２軸４３ジンバル構造４５，４６ダンパ構造５０電磁ブレーキ（移動停止機構）５１電磁石駆動装置（移動停止機構）５２制御部（切り替え手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者森田善之京都府京都市右京区花園土堂町10番地オムロン株式会社内 (72)発明者今北淳京都府京都市右京区花園土堂町10番地オムロン株式会社内 (72)発明者藤本尚紀京都府京都市右京区花園土堂町10番地オムロン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基準位置からの相対位置を求めるための
移動物体の移動方向，移動量に関するデータを抽出する
相対位置検出手段と、地図情報を持つ地図情報記憶手段と、前記地図情報や車両の現在位置を表示する表示手段と、上記の制御を行う制御手段とを備えてなるナビゲーショ
ン装置において、相対位置検出手段は、進行方向に高感度となるように配
置された加速度センサと、ジャイロセンサ等の進行方向
に関する情報を検出する検出手段を有し、かつ、重力方向に高感度となるように配置された加速度
センサからなる傾斜検知装置と、その傾斜検知装置の出力を用い、前記相対位置検知装置
の出力である進行方向の加速度を検知する加速度センサ
のセンサ出力に含まれる傾斜に基づく誤差分を除去する
補正を行う補正手段とを備えたことを特徴とするナビゲ
ーション装置。
【請求項２】基準位置からの相対位置を求めるための
移動物体の移動方向，移動量に関するデータを抽出する
相対位置検出手段と、地図情報を持つ地図情報記憶手段と、前記地図情報や車両の現在位置を表示する表示手段と、上記の制御を行う制御手段とを備えてなるナビゲーショ
ン装置において、相対位置検出手段は、進行方向に高感度となるように配
置された加速度センサと、ジャイロセンサ等の進行方向
に関する情報を検出する検出手段を有し、かつ、進行方向と直交する横方向に高感度となるように
配置された遠心力検知用加速度センサと、その遠心力検知用加速度センサの出力を用い、前記相対
位置検知装置の出力である進行方向の加速度を検知する
加速度センサのセンサ出力に含まれる遠心力に基づく誤
差分を除去する補正を行う補正手段とを備えたことを特
徴とするナビゲーション装置。
【請求項３】ＧＰＳ等の絶対位置を求める絶対位置検
出手段を備え、前記制御手段は、前記相対位置検出手段
と前記絶対位置検出手段からの出力信号に基づいて車両
の現在位置を決定することを特徴とする請求項１または
２に記載のナビゲーション装置。
【請求項４】前記加速度センサを、姿勢制御装置を介
して前記移動物体に装着するようにし、前記姿勢制御装置は、所定の回転軸または支点を基準と
して前記加速度センサを移動可能に支持するとともに、
前記移動物体に対する前記加速度センサの相対的な姿勢
を、前記移動物体の移動姿勢の変化と逆方向に変化させ
るように制御することを特徴とする請求項１〜３のいず
れか１項に記載のナビゲーション装置。
【請求項５】前記姿勢制御装置が、直交する２つの回
転軸回りに適宜回転するジンバル構造からなり、さらに前記移動物体のピッチ方向に対してダンパ構造を
持たせたことを特徴とする請求項４に記載のナビゲーシ
ョン装置。
【請求項６】前記姿勢制御装置が、直交する２つの回
転軸回りに適宜回転するジンバル構造からなり、さらに前記移動物体のロール方向とピッチ方向に対し
て、それぞれダンパ構造を持たせたことを特徴とする請
求項４に記載のナビゲーション装置。
【請求項７】前記姿勢制御装置が、前記加速度センサ
の移動を抑制する移動停止機構をさらに備え、前記移動物体の姿勢変化に追従して前記加速度センサの
相対的姿勢を変化させるモードと、相対的姿勢を固定す
るモードを切り替える切り替え手段を備えたことを特徴
とする請求項４に記載のナビゲーション装置。