JP2013145168A - 車載用ジャイロの角速度誤差補正装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡潔な構成でジャイロセンサの角速度の補正を正確に行うことができる車載用ジャイロの角速度誤差補正装置を提供する。
【解決手段】加速度センサ２０で取得した重力加速度から車両のピッチ及びロール方向の傾斜角度を算出し、算出した傾斜角度により、ジャイロセンサ１０の角度検出軸の角度補正を行うとともに、回転数カウンタ２０で検出したタイヤの回転数にタイヤの円周長を掛けて算出した車両の移動距離に、ジャイロセンサ１０で取得した三次元方向の各角速度に所定の時間間隔を乗じることにより、車両の第１移動ベクトルを算出する。また、ＧＰＳ受信機５０から出力される車両の速度に時間間隔を乗じて車両８０の第２移動ベクトルを算出する。そして、最小二乗法により、第１移動ベクトルと第２移動ベクトルの差が最小となるように、ジャイロセンサ１０が出力する角速度の誤差補正を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、車載用ジャイロセンサの誤差を補正する技術に関する。

従来、車両の走行軌跡を計測するために、ジャイロセンサを用いて進行方向に対する移動距離と方位変化量を計測している。ところが、ジャイロセンサの特性は温度や経年劣化等により変動するため、その計測値には誤差がある。したがって、このままでは正確な車両走行軌跡を計測できないため、ジャイロセンサの計測値を補正して誤差を低減させる必要がある。

このため、衛星航法（ＧＰＳ）を利用したセンサ補正が行われてきた。例えば、ジャイロセンサのゲイン誤差を低減させるために、ＧＰＳ受信機によって逐次検出される方位（ＧＰＳ方位）を利用し、ＧＰＳ方位の信頼度が高い場合に、ＧＰＳ方位の平均値とジャイロセンサが検出する方位変化量の平均値が同じとなるようにジャイロセンサのゲインを調整する技術がある（例えば、特許文献１参照）。

また、ＧＰＳ方位変化量とジャイロセンサの方位変化量を比較することでジャイロセンサの検出軸の傾きを検出し、さらに、勾配センサで車両の傾きを検出することで、ジャイロセンサの検出軸の傾きによる誤差を動的に補正する技術がある（例えば、特許文献２参照）。

特開２００６−７１４７４号公報 特開２０１０−１６０１６３号公報

ところが、上記特許文献１に記載の技術では、例えば、電離層の電磁的乱れにより電波の遅延が発生した場合のようにＧＰＳの測位精度の信頼度が低い場合には、ジャイロセンサの誤差の補正が正確にできないという問題がある。

また、上記特許文献２に記載の技術では、車両の傾きを検出するために、車両の加速度を検出するための勾配センサを車両に搭載する必要があり、システムが複雑になったりするという問題があった。

本発明は、こうした問題に鑑みなされたもので、簡易な構成でジャイロセンサの角速度の補正を正確に行うことができる車載用ジャイロの角速度誤差補正装置を提供することを目的とする。

この欄においては、発明に対する理解を容易にするため、必要に応じて「発明を実施するための形態」欄において用いた符号を付すが、この符号によって請求の範囲を限定することを意味するものではない。

上記「発明が解決しようとする課題」において述べた問題を解決するためになされた発明は、ジャイロセンサ（１０）、傾斜角度取得手段（２０）、移動距離算出手段（３０，６０）、ＧＰＳ受信機（５０）、第１移動ベクトル算出手段（６０）、第２移動ベクトル算出手段（６０）及び誤差補正手段（６０）を備えたことを特徴とする車載用ジャイロ誤差補正装置（５）である。

ジャイロセンサ（１０）は、車両（８０）の前後、左右及び上下の三次元方向の角速度を取得し、傾斜角度取得手段（２０）は、車両（８０）のピッチ及びロール方向の傾斜角度を取得する。

移動距離算出手段（３０，６０）は、車両（８０）の移動距離を算出し、ＧＰＳ受信機（５０）は、ＧＰＳ衛星から送信される測位データを受信し車両（８０）の速度を出力する。

第１移動ベクトル算出手段（６０）は、傾斜角度取得手段（２０）で取得した車両（８０）のピッチ及びロール方向の傾斜角度により、ジャイロセンサ（１０）の角度検出軸の角度補正を行うとともに、移動距離算出手段（３０，６０）で算出した車両（８０）の移動距離に、ジャイロセンサ（１０）で取得した三次元方向の各角速度に所定の時間間隔を乗じることにより、車両（８０）の移動ベクトルを算出する。

第２移動ベクトル算出手段（６０）は、ＧＰＳ受信機（５０）から出力される前記車両（８０）の速度に時間間隔を乗じて車両（８０）の移動ベクトルを算出する。
誤差補正手段（６０）は、第１移動ベクトル算出手段（６０）で算出された車両（８０）の移動ベクトルと第２移動ベクトル算出手段（６０）で算出した車両（８０）の移動ベクトルの差が最小となるように、ジャイロセンサ（１０）が出力する角速度の誤差補正を行う。

このような、車載用ジャイロ誤差補正装置（５）によれば、簡潔な構成でジャイロセンサ（１０）の補正を正確に行うことができる。以下その理由を説明する。
車両（８０）の方位角の計測には、一般にジャイロセンサ（１０）が用いられる。ジャイロセンサ（１０）は、角速度を計測するセンサであり、計測した角速度を経過時間積算することにより方位変化量を得ることができる。

ところが、ジャイロセンサ（１０）で計測する角速度には、内部要因や外部要因により誤差が生じるため、それらについて説明する。
（内部要因について）
例えば、民生品で広く使われるジャイロセンサ（１０）（振動ジャイロセンサ）では角速度を検出素子のねじれ力（コリオリ力）として検出し、電圧へ変換している。この電圧を角速度として出力するには静止時の基準電圧と角速度に対する電圧の増加率（以下、感度）が必要となるが、検出素子の物性上の問題や入力電源の変動等により、これら特性は変化する。

このうち、静止時の基準電圧の特性変化による誤差をオフセット誤差、感度特性の変化による誤差をゲイン誤差と呼ぶ。
オフセット誤差とは、例えば、車両（８０）の停止時あるいは直進時は、図８（ａ）に実線で示すように、ジャイロセンサ（１０）での計測値＝０［ｄｅｇ／ｓ］となるはずであるが、基準値に誤差があると、図８（ａ）に点線で示すように、ジャイロセンサ（１０）での計測値が０とならない。

この誤差は、常時発生するため、例えば、図９（ａ）に点線で示すように、車両（８０）が直進した場合は、走行軌跡が、図９（ａ）に点線で示すように、二次関数的な曲線を描くことになる。このような誤差をオフセット誤差と呼ぶ。

また、ゲイン誤差とは、例えば、１［ｄｅｇ／ｓ］の角速度発生時、誤差がなければ、図８（ｂ）に実線で示すように、計測値＝１［ｄｅｇ／ｓ］となるはずであるが、感度に誤差があると１とならず、図８（ｂ）に点線で示すように、多めか少なめに計測される。

このゲイン誤差は角速度の大きさに比例して発生するため、例えば、図９（ｂ）に実線で示すように、車両（８０）が円旋回した場合は、走行軌跡が図９（ｂ）に点線で示す真の軌跡に対して、内側に切れ込むか外側に膨らむこととなる。このような誤差をゲイン誤差と呼ぶ。
（外部要因について）
ジャイロセンサ（１０）が傾くと角速度検出軸が傾き、図１０（ｂ）に示すように、角速度検出軸の傾きがない場合（図１０（ａ）参照）に比べ、検出軸周りの角速度が減少する。極端な場合、図１０(ｃ)に示すように、検出軸が９０°傾くと角速度が０となって角速度を検出できないこととなる。

このため、傾斜角度に応じた補正が必要となる。特に、ジャイロセンサ（１０）を車両（８０）に搭載する場合は、車両（８０）への搭載角度と車両（８０）が走行する路面の傾斜角度がジャイロセンサ（１０）が検出する角速度の精度に影響を与えることとなる。

以上のように、ジャイロセンサ（１０）を用いた場合には、ジャイロセンサ（１０）の内部要因及び外部要因により誤差が発生する。
そこで、本発明のように、傾斜角度取得手段（２０）によって、車両（８０）のピッチ及びロール方向の傾斜角度を取得し、移動距離算出手段（３０，６０）によって、車両（８０）の移動距離を算出する。また、ＧＰＳ受信機（５０）によって、ＧＰＳ衛星から送信される測位データを受信し車両（８０）の速度を出力する。

そして、第１移動ベクトル算出手段（６０）によって、傾斜角度取得手段（２０）で取得した車両（８０）のピッチ及びロール方向の傾斜角度により、ジャイロセンサ（１０）の角度検出軸の角度補正を行う。すると、前述の外部要因によるジャイロセンサ（１０）の誤差を抑制することができる。

また、第１移動ベクトル算出手段（６０）では、移動距離算出手段（３０，６０）で算出した車両（８０）の移動距離に、外部要因による誤差を抑制したジャイロセンサ（１０）で取得した三次元方向の各角速度に所定の時間間隔を乗じることにより、車両（８０）の移動ベクトルを算出する。

さらに、第２移動ベクトル算出手段（６０）によって、ＧＰＳ受信機（５０）から出力される車両（８０）の速度に時間間隔を乗じて車両（８０）の移動ベクトルを算出する。
そして、誤差補正手段（６０）によって、第１移動ベクトル算出手段（６０）で算出された車両（８０）の移動ベクトルと第２移動ベクトル算出手段（６０）で算出した車両（８０）の移動ベクトルの差が最小となるように、ジャイロセンサ（１０）が出力する角速度の誤差補正を行う。

そうすると、ＧＰＳ受信機（５０）による測位精度がよい場合には、第１移動ベクトル算出手段（６０）によって算出された車両（８０）の移動ベクトルが、より正確な移動ベクトルを算出できる第２移動ベクトル算出手段（６０）によって算出された、より正確な移動ベクトルにより近似されることになり、正確な誤差補正ができることとなる。

逆に、ＧＰＳ受信機（５０）による測位精度が悪い場合であっても、精度が向上している第１移動ベクトル算出手段（６０）で算出された移動ベクトルとの間で、車両（８０）の移動ベクトルが近似されることとなるので、第２移動ベクトル算出手段（６０）よりもより正確に車両（８０）の移動ベクトルを近似することができる。つまり、ジャイロセンサ（１０）の誤差補正がより正確にできることとなる。

ところで、本発明によるジャイロセンサ（１０）の誤差補正を正確に行うためには、車両（８０）の移動距離の算出が正確に行われている必要がある。そこで、請求項２に記載のように、移動距離算出手段（３０，６０）は、車両（８０）のタイヤの回転数を取得する回転数取得手段（３０）を備え、回転数取得手段（３０）で取得したタイヤの回転数に該タイヤの円周長を乗ずることにより前記車両（８０）の移動距離を算出し、ＧＰＳ受信機（５０）は、車両（８０）の速度に加え、車両（８０）の現在位置を出力し、ＧＰＳ受信機（５０）から出力される車両（８０）の現在位置を積算することにより、車両（８０）の移動距離を取得する移動距離取得手段（５０）を備え、誤差補正手段（６０）は、所定の区間において移動距離算出手段（３０，６０）で算出した車両（８０）の移動距離及び同じ所定区間において移動距離取得手段（５０）で取得した車両（８０）の移動距離に所定の誤差以上の差がある場合には、ジャイロセンサ（１０）が出力する角速度の誤差補正を行わないようにする。

このようにすると、例えば、車両（８０）のタイヤがスリップなどにより空転して、車両（８０）の移動距離が正確に算出できなかった場合には、移動距離算出手段（３０，６０）で算出した車両（８０）の移動距離と移動距離取得手段（５０）で取得した車両（８０）の移動距離との間に差が発生する。

つまり、タイヤの空転により、タイヤの回転数にそのタイヤの円周長を乗じて算出した車両（８０）の移動距離が正確でないこととなる。この場合、前述のように、ジャイロセンサ（１０）の誤差補正が正確に行うことができないため、ジャイロセンサ（１０）が出力する角速度の誤差補正を行わないようにするのである。

また、ＧＰＳ受信機（５０）が出力する車両速度は、ＧＰＳ衛星と車両（８０）の相対速度（ＧＰＳ衛星からの搬送波のドップラー量）が大きいほど誤差が少ない傾向にある。
例えば、ＧＰＳ衛星が車両（８０）へ接近中であり、車両（８０）が高速でＧＰＳ衛星に向かって走行している場合には、車両速度の誤差は少ない。逆に、ＧＰＳ衛星が地平線上にあり、車両（８０）が停止していた場合には、相対速度が小さくなり、車両速度の誤差も大きい。

そこで、請求項３に記載のように、ＧＰＳ受信機（５０）は、ＧＰＳ衛星の位置を更に出力し、誤差補正手段（６０）は、ＧＰＳ受信機（５０）の出力するＧＰＳ衛星の位置及び車両（８０）の速度から、ＧＰＳ衛星と車両（８０）との相対速度が所定の速度以下の場合には、ジャイロセンサ（１０）が出力する角速度の誤差補正を行わないようにするとよい。

つまり、ＧＰＳ衛星の位置が分かれば、ＧＰＳの水平線からの高さを算出することができ、ＧＰＳの水平線からの高さがわかれば、車両速度は、ＧＰＳ受信機（５０）から得ることができるので、ＧＰＳ衛星と車両（８０）との相対速度を得ることができる。

したがって、ＧＰＳ衛星と車両（８０）との相対速度が所定の速度以下の場合、車両速度の誤差が大きいとして、ジャイロセンサ（１０）が出力する角速度の誤差補正を行わないようにするのである。

このようにすることにより、補正した角速度の誤差が大きくなることを防止することができる。
さらに、ＧＰＳ衛星を用いた測位の場合、地球周囲の電離層の状態によって電波の遅延の大きさが変動するため、ＧＰＳ衛星からは、電離層遅延を算出するために必要な情報が送信されている。

そこで、請求項４に記載のように、ＧＰＳ受信機（５０）では、電離層遅延情報を出力し、誤差補正手段（６０）では、ＧＰＳ受信機（５０）の出力する電離層遅延情報から算出した電離層遅延の値が所定の値以上となっている場合には、ジャイロセンサ（１０）が出力する角速度の誤差補正を行わないようにする。

このようにすると、電離層の状態が異常となり、ＧＰＳ衛星からの測位データに、電離層遅延が発生して、車両（８０）の現在位置、速度などの誤差が大きくなった場合には、車両（８０）の現在位置や速度などを用いて角速度の誤差補正を行わないようにすることができる。したがって、補正した角速度の誤差が大きくなることを防止することができる。

本発明が適用されたカーナビゲーション装置の概略の構成を示すブロック図である。 制御部において行われる制御処理の流れを示すフローチャートである。 制御部において行われる制御処理の流れを示すフローチャートである。 重力加速度と静止時の加速度センサ２０から傾斜角度を算出する方法の説明図である。 車両及び制御部における三次元座標軸の定義を示す図である。 車両の傾斜角の定義を示す図である。 第１移動ベクトル及び第２移動ベクトルの概念を示す図である。 ジャイロセンサのオフセット誤差及びゲイン誤差の説明図である。 オフセット誤差及びゲイン誤差がある場合の車両の動きをします図である。 ジャイロセンサの検出軸の傾きによる計測値の出力の差違を示す図である。

以下、本発明が適用された実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明の実施の形態は、下記の実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採りうる。

図１は、本発明が適用されたカーナビゲーション装置１の概略の構成を示すブロック図である。
図１に示すように、カーナビゲーション装置１は、車載用ジャイロ誤差補正装置５及び表示装置７０を備えている。

車載用ジャイロ誤差補正装置５は、ジャイロセンサ１０、加速度センサ２０、回転数カウンタ３０、車速センサ４０、ＧＰＳ受信機５０及び制御部６０を備えている。
ジャイロセンサ１０は、車両８０の角速度を取得するためのセンサであり、回転体を用いた回転型や振動子を用いた振動型などの機械式のものやガスを用いた流体式のものあるいはリングレーザジャイロのような光学式のものなどがある。

ジャイロセンサ１０は、車両８０の前後、左右及び上下の三次元方向の角速度を取得できるように車両８０内部に取り付けられている。
加速度センサ２０は、車両８０の傾斜角度を検出するためのセンサであり、半導体ＭＥＭＳ方式や機械式あるいは光学式の加速度センサで重力加速度を検出する。検出した重力加速度から、車両８０の傾斜角度を検出するようになっている。

加速度センサ２０は、制御部６０内部に装着されているが、制御部６０内部において、車両８０のピッチ及びロール方向の傾斜角度を取得することができるように配置されている。

回転数カウンタ３０は、車両８０のタイヤの回転数を取得するセンサであり、タイヤの回転数に対応するパルスを発生するパルス発生器とそのパルスをカウントするカウンタ（いずれも図示せず）とからなる。

車速センサ４０は、車両８０の速度を計測するためのセンサであり、単位時間当たり車軸の回転数をパルスにより計測したり、単位時間当たりの車軸の回転数に比例して電圧を出力したりすることにより車速を測定する。

ＧＰＳ受信機５０は、ＧＰＳ衛星から送信される測位データを受信し車両８０の速度及び現在位置を出力する。また、ＧＰＳ受信機５０は、ＧＰＳ衛星から送信されるＧＰＳ衛星の位置及び電離層遅延情報を受信してデータとして出力する。

制御部６０は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びＩ／Ｏを備えており、以下の（ア）〜（コ）に示す処理を実行する。
（ア）回転数カウンタ３０で取得したタイヤの回転数にタイヤの円周長を乗ずることにより車両８０の移動距離を算出する（移動距離算出処理）。
（イ）ＧＰＳ受信機５０から出力される車両８０の現在位置を積算することにより、車両８０の移動距離を取得する（移動距離取得処理）。
（ウ）加速度センサ２０で取得した車両８０のピッチ及びロール方向の傾斜角度により、ジャイロセンサ１０の角度検出軸の角度補正を行う（角度補正処置）。
（エ）移動距離算出処理で算出した車両８０の移動距離に、ジャイロセンサ１０で取得した三次元方向の各角速度に所定の時間間隔を乗じることにより、車両８０の移動ベクトルを算出する（第１移動ベクトル算出処理）。
（オ）ＧＰＳ受信機５０から出力される車両８０の速度に時間間隔を乗じて車両８０の移動ベクトルを算出する（第２移動ベクトル算出処理）。
（カ）第１移動ベクトル算出処理で算出された車両８０の移動ベクトルと第２移動ベクトル算出処理で算出した車両８０の移動ベクトルの差が最小となるように、ジャイロセンサ１０が出力する角速度の誤差補正を行う（誤差補正処理）。
（キ）所定の区間において移動距離算出処理で算出した車両８０の移動距離及び同じ所定区間において移動距離取得処理で取得した車両８０の移動距離に所定の誤差以上の差がある場合には、ジャイロセンサ１０が出力する角速度の誤差補正を行わない。
（ク）ＧＰＳ受信機５０の出力するＧＰＳ衛星の位置及び車両８０の速度から、ＧＰＳ衛星と車両８０との相対速度が所定の速度以下の場合には、ジャイロセンサ１０が出力する角速度の誤差補正を行わない。
（ケ）ＧＰＳ受信機５０の出力する電離層遅延情報から算出した電離層遅延の値が所定の値以上となっている場合には、ジャイロセンサ１０が出力する角速度の誤差補正を行わない。
（コ）ＧＰＳ受信機５０からの測位データ、ジャイロセンサ１０からの車両８０の角速度及び加速度センサ２０からの傾斜角度に基づいて、設定された目的地までの経路探索や経路案内（いわゆるカーナビゲーション）を行う。

なお、この処理は、従来行われていたものであるため、その説明は省略する。
表示装置７０は、目的地の設定の際に必要となる表示、経路検索の結果表示、経路案内のための表示を行うための装置であり、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイなどの表示部と、表示部に表示させる画面を生成するコントローラを備えている。
（制御部６０における処理）
次に、図２及び図３に基づき、制御部６０において行われる処理について説明する。図２及び図３は、制御部６０において行われる制御処理の流れを示すフローチャートである。

制御処理は、制御部６０の電源がオンになったときに、制御部６０のＣＰＵが、一定の周期ΔＴで実行するようになっており、まずＳ１００において、回転数カウンタ３０からカウント値（つまり、タイヤの回転数）を取得する。

そして、続くＳ１０５において、車両８０が停車状態であるか否かを判定する。つまり、Ｓ１００において取得したカウント数が所定値以下であれば、車両８０が停止状態であると判定（Ｓ１０５：Ｙｅｓ）し、カウント値が所定値より大きければ、停車状態ではないと判定（Ｓ１０５：Ｎｏ）する。

なお、この場合の所定値とは、「０」にカウント誤差などを含めた値である。また、通常、制御部６０の電源オン時には、車両８０は停止状態であるため、制御処理では、ステップＳ１１０及びＳ１１５は、少なくとも１回は実行される。したがって、Ｓ１１０において取得される傾斜角度がその車両８０の基準傾斜角度となる。

Ｓ１１０では、加速度センサ２０から車両８０の重力方向の加速度を取得し、続くＳ１１５で、Ｓ１１０において取得した重力方向の加速度から車両８０の傾斜角度を算出し、ＲＡＭに、基準傾斜角度として記憶させる。

Ｓ１２０では、加速度センサ２０から重力方向の加速度を取得するとともに、車速センサ４０から、車両８０の速度を取得し、続くＳ１２５では、車両８０の傾斜角度を算出する。

ここで、Ｓ１１０において基準傾斜角度を算出し、Ｓ１２５において傾斜角度を算出する方法について図４に基づいて説明する。図４は、重力加速度と静止時の加速度センサ２０から傾斜角度を算出する方法の説明図である。

加速度センサ２０により車両８０の傾斜角度θを算出する場合、図４（ａ）に示すように、重力加速度Ｇ（９．８［ｍ／ｓｅｃ²］）と車両８０静止時の加速度センサ２０の計測値Ｇ’とを比較して、傾斜角度を算出する。つまり、傾斜角θは、下記式１となる。

傾斜角度θ＝ｓｉｎ^-1（Ｇ’／Ｇ）・・・式１
また、車両８０は、加速度運動を行うため、車両８０が移動している場合には、加速度センサ２０の計測値は、重力加速度とは異なる値となる。

したがって、車両８０が移動している場合の傾斜角度を加速度センサ２０で検出するには、図４（ｂ）に示すように、加速度センサ２０の計測値からＳ１２０において取得した車速をΔＴで微分した値を減じたものをＧ’とし、上記式１から傾斜角度θを算出する。

続くＳ１３０では、ジャイロセンサ１０から角速度を取得し、続くＳ１３５では、回転数カウンタ３０からカウント値を取得する。そして、続くＳ１４０では、Ｓ１３５において取得したカウント値にΔＴと１カウント当たりのタイヤによる移動距離を掛けて、車両８０の移動距離を算出する。

続くＳ１４５〜Ｓ１５５では、ＧＰＳ受信機５０から車両８０の現在位置、車両８０の速度（以下、ＧＰＳ速度とも呼ぶ）及びＧＰＳ衛星の位置を取得する。
続くＳ１６０では、Ｓ１４５において取得した車両８０の現在位置から車両８０の移動距離を取得する。つまり、前回の車両８０の位置（ΔＴ前の車両８０の位置）とΔＴ後の車両８０の現在位置の差から移動距離を取得するのである。

続くＳ１６０で、Ｓ１２０において取得した重力方向の加速度から車両８０の傾斜角度を算出する。このとき算出される傾斜角度は、Ｓ１１０において算出された基準傾斜角度に対する傾斜角度として算出される。

続くＳ１６５（図３参照）では、Ｓ１５０において取得した車両８０の速度（ＧＰＳ速度）とＳ１５５において取得したＧＰＳ衛星の位置とからＧＰＳ衛星と車両８０との相対速度を算出する。

ここで、ＧＰＳ速度は、ＧＰＳ衛星と車両８０の相対速度（測位データの搬送波のドップラー量）が大きいほどばらつきが少ない傾向にある。例えば、ＧＰＳ衛星が車両８０へ接近中であり、車両８０が高速でＧＰＳ衛星を目指して走行している場合には、ＧＰＳ速度のばらつきが少なく、逆に、ＧＰＳ衛星が地平線上にあり、車両８０が停止している場合には、相対速度が小さくなり、ＧＰＳ速度のばらつきは大きくなる。

そこで、ＧＰＳ衛星の位置と車両８０の速度とから、ＧＰＳ衛星と車両８０の相対速度を算出しておくのである。
続くＳ１７０では、ＧＰＳ受信機５０から電離層遅延情報を取得する。

Ｓ１７５では、Ｓ１４０において算出した車両８０の移動距離とＳ１６０で取得した車両８０の移動距離との差を算出し、その差が所定値以上であるか否かを判定する。そして、差が所定の値以上であると判定した場合（Ｓ１７５：Ｙｅｓ）、処理をＳ１００へ戻し、制御処理を繰り返す。一方、差が所定値より小さいと判定した場合（Ｓ１７５：Ｎｏ）、処理をＳ１８０へ移行する。

Ｓ１８０では、Ｓ１６５において算出した車両８０の相対速度が所定値以下であるか否かを判定する。そして、相対速度が所定値より大きいと判定した場合（Ｓ１８０：Ｎｏ）、処理をＳ１００へ戻し、制御処理を繰り返す。一方、相対速度が所定値以下であると判定した場合（Ｓ１８０：Ｙｅｓ）、処理をＳ１８５へ移行する。

Ｓ１８５では、Ｓ１７０において取得した電離層遅延が所定値以上であるか否かを判定する。そして、電離層遅延が所定値以上であると判定した場合（Ｓ１８５：Ｙｅｓ）、処理をＳ１００へ戻し、制御処理を繰り返す。一方、電離層遅延が所定値より小さいと判定した場合（Ｓ１８５：Ｎｏ）、処理をＳ１９０へ移行する。

Ｓ１９０では、第１移動ベクトルを算出する。ここで、図５〜図７に基づき、第１移動ベクトルの算出方法について説明する。図５は、車両８０及び制御部６０における三次元座標軸（ｘ、ｙ、ｚ軸）の定義を示す図である。

図６は、車両８０の傾斜角の定義を示す図である。図６中、側面図における点線は水平線を示し、背面図における一点鎖線は、垂直軸方向を示している。
図７は、第１移動ベクトル及び第２移動ベクトルの概念を示す図である。なお、図７において、点線で示したグラフは、真値を示し、実線で示したグラフは、計測値から得られるグラフを示している。

第１移動ベクトルは、ジャイロセンサ１０から取得した角速度及びΔｔ及び移動距離で表すことができる（図７（ａ）参照）。
ここで、車両８０を中心とした座標系（Ｂｏｄｙ−Ｆｌａｍｅ）とカーナビゲーション装置１を中心とした座標（Ｎａｖｉ−Ｆｌａｍｅ）を図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように定義する。

ここでは、説明を分かりやすくするため、図５（ｃ）に示すように、Ｂｏｄｙ−ＦｌａｍｅとＮａｖｉ−Ｆｌａｍｅとは一致している。つまり、車両８０に対し、カーナビゲーション装置１が水平方向及び進行方向軸が一致して設置されているものとする。

そして、車両８０の水平面及び垂直軸に対する傾き（ヨー、ピッチ、ロール方向の傾斜角度）を図６に示すように、それぞれθ_Y、θ_P、θ_Rとすると、ジャイロセンサ１０の検出軸は、θ_Y、θ_P、θ_Rに応じて傾く。すると、図７（ｄ）に示すように、ジャイロセンサ１０の出力する角速度に誤差が発生する。

また、ジャイロセンサ１０にオフセットがある場合、図７（ｂ）に示すように、例えば、車両８０が直進しているにも関わらす、曲線を描くなど、真値に対して誤差が生じる。
さらに、ジャイロセンサ１０のゲインに誤差がある場合、図７（ｃ）に示すように、例えば、車両８０が曲線を描くと、真値に対して、その曲がりが足りなかったり、多すぎたりするという誤差が生じる。

そこで、図７（ｅ）に示すように、これらのオフセット、ゲイン誤差あるいは傾斜に対する誤差（図７（ｅ）中、ｆ（ｘ₁）及びｆ（ｘ₂）で示す）を真値に近づける補正が必要となる。

いま、単位時間あたりの相対移動ベクトルをＤｄｒとおくと、Ｄｄｒは、下記式２と表現できる。なお、以下の数式において、各項の先頭にｖが付されている場合には、ベクトルを表している。

ここで、
ｖω^*：ジャイロセンサ１０での計測値
ｖＢ：バイアス項
ｖＧ：ゲイン項
ｖＲ：傾斜項
ただし、

傾斜角度θ_Yは、車両８０とカーナビゲーション装置１の進行方向軸は一致しているため、前述の通り０である。傾斜角度θ_P、θ_Rは、路面の傾きにより動的に変化する。この値を計測するため、θ_P、θ_Rを以下の式３及び式４に示すように定義する。

ここで、θ_{p_abs}、θ_{r_abs}は、ある時刻における絶対角、Δθ_{p_rel}、Δθ_{r_rel}は、θ_{p_abs}、θ_{r_abs}を基準とした相対角である。
絶対角の計測には、加速度センサ２０を用いる。前述のように、重力加速度を計測することで加速度センサ２０の傾きが分かるため、２軸加速度センサ２０により、θ_{p_abs}、θ_{r_abs}が分かる。

ただし、加速度センサ２０により得られる傾きは車両８０加速度の影響を受けるため、車両８０の停止時にのみ２軸加速度センサ２０でθ_{p_abs}、θ_{r_abs} を計測する（Ｓ１００参照）。

また、相対角の計測には、２軸（ピッチ軸、ロール軸）のジャイロセンサ１０を用いる。車両８０の移動中もθ_P、θ_Rは動的に変化するため、逐次計測し続ける必要がある。しかし、ジャイロセンサ１０の計測値を時間で累積積分すると、前述のように誤差が蓄積する。
したがって、長時間のθ_P、θ_Rの計測には向いていない。

このため、車両８０の停止時には、加速度センサ２０を用いてθ_P、θ_Rを計測し、車両８０走行時には、停車時からの角度変化量のみをジャイロセンサ１０を用いて計測する。
このようにして、得られたＤｒを時間積分することにより、第１移動ベクトルを得ることができる。

Ｓ１９５では、第２移動ベクトルを算出する。第２移動ベクトルは、図７（ｆ）に示すように、前回（ΔＴ前）にＧＰＳ受信機５０から取得（Ｓ１４５参照）した車両８０の現在位置の今回の車両８０の現在位置を加算することによって得ることができる。

Ｓ２００では、Ｓ１９０において算出した第１移動ベクトルとＳ１９５において算出した第２移動ベクトルとの差を算出し、図７（ｇ）に示すように、その差が最小となるように、ジャイロセンサの角速度誤差を補正する。

具体的には、相対角Δθ_{p_rel}、Δθ_{r_rel} は、ジャイロセンサ１０の計測値から求めるため、ジャイロ特性ｖＢ、ｖＧに応じて変化する。したがって、第１移動ベクトルＤｄｒは、ｖＢ とｖＧの関数となる。

よって、ｖＢとｖＧを調整する事によりＤｄｒを変化させ、ＧＰＳ測位結果から得た第２移動ベクトルとの形状差が最小となるｖＢ、ｖＧ を推定することで、ジャイロセンサ１０の誤差補正を行う。推定は例えば、６時刻分以上の移動ベクトル形状差を求めることで、重み付き最小二乗法により推定できる。

そして、Ｓ２００にて、ジャイロセンサ１０の角度誤差を補正した後、処理をＳ１００へ戻し、処理を繰り返す。
なお、制御処理は、制御部６０の電源オフにより終了となる。
（カーナビゲーション装置１の特徴）
以上に説明した、カーナビゲーション装置１では、制御部６０における第１移動ベクトル算出処理によって、加速度センサ２０で取得した重力加速度から算出した車両８０のピッチ及びロール方向の傾斜角度により、ジャイロセンサ１０の角度検出軸の角度補正を行っているため、ジャイロセンサ１０の誤差を抑制することができる。

また、第１移動ベクトル算出処理では、移動距離算出処理で算出した車両８０の移動距離に、誤差を抑制したジャイロセンサ１０で取得した三次元方向の各角速度に所定の時間間隔を乗じることにより、車両８０の移動ベクトルを算出する。

さらに、第２移動ベクトル算出処理によって、ＧＰＳ受信機５０から出力される車両８０の速度に時間間隔を乗じて車両８０の移動ベクトルを算出する。
そして、誤差補正処理によって、第１移動ベクトル算出処理で算出された車両８０の移動ベクトルと第２移動ベクトル算出処理で算出した車両８０の移動ベクトルの差が最小となるように、ジャイロセンサ１０が出力する角速度の誤差補正を行う。

したがって、ＧＰＳ受信機５０による測位精度がよい場合には、第１移動ベクトル算出処理によって算出された車両８０の移動ベクトルが、より正確な移動ベクトルを算出できる第２移動ベクトル算出処理によって算出された、より正確な移動ベクトルにより近似されることになり、正確な誤差補正ができることとなる。

逆に、ＧＰＳ受信機５０による測位精度が悪い場合であっても、精度が向上している第１移動ベクトル算出処理で算出された移動ベクトルとの間で、車両８０の移動ベクトルが近似されることとなるので、第２移動ベクトル算出処理よりもより正確に車両８０の移動ベクトルを近似することができる。つまり、ジャイロセンサ１０の誤差補正がより正確にできることとなる。

また、誤差補正処理は、所定の区間において移動距離算出処理で算出した車両８０の移動距離及び同じ所定区間において移動距離取得処理で取得した車両８０の移動距離に所定の誤差以上の差がある場合には、ジャイロセンサ１０が出力する角速度の誤差補正を行わない。

したがって、例えば、車両８０のタイヤがスリップなどにより空転して、車両８０の移動距離が正確に算出できなかった場合には、移動距離算出処理で算出した車両８０の移動距離と移動距離取得処理で取得した車両８０の移動距離との間に差が発生する。

つまり、タイヤの空転により、タイヤの回転数にそのタイヤの円周長を乗じて算出した車両８０の移動距離が正確でないこととなる。この場合、前述のように、ジャイロセンサ１０の誤差補正が正確に行うことができないため、ジャイロセンサ１０が出力する角速度の誤差補正を行わないようにしている。

さらに、誤差補正処理では、ＧＰＳ受信機５０の出力するＧＰＳ衛星の位置及び車両８０の速度から、ＧＰＳ衛星と車両８０との相対速度が所定の速度以下の場合には、ジャイロセンサ１０が出力する角速度の誤差補正を行わないようにしている。

このようにすることにより、補正した角速度の誤差が大きくなることを防止することができる。
また、誤差補正処理では、ＧＰＳ受信機５０の出力する電離層遅延情報から算出した電離層遅延の値が所定の値以上となっている場合には、ジャイロセンサ１０が出力する角速度の誤差補正を行わないようにしている。

つまり、電離層の状態が異常となり、ＧＰＳ衛星からの測位データに、電離層遅延が発生して、車両８０の現在位置、速度などの誤差が大きくなった場合には、車両８０の現在位置や速度などを用いて角速度の誤差補正を行わないようにすることができる。したがって、補正した角速度の誤差が大きくなることを防止することができる。
（その他の実施形態）
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、本実施形態に限定されるものではなく、種々の態様を採ることができる。
（１）上記実施形態では、回転数カウンタ３０でタイヤの空転を検出し、タイヤが空転した場合に、ジャイロセンサ１０の角速度の誤差を補正しないようにしていたが、タイヤを交換した場合にもジャイロセンサ１０の角速度の誤差を補正しないようにしてもよい。

つまり、タイヤを交換した場合には、タイヤの直径が変化するため、車両８０の移動距離の誤差が大きくなる場合がある。
そこで、タイヤの装着部分（車軸のハブ部分など）にタイヤが装着されているときにオフとなって、タイヤが装着されていることを検出するスイッチを設け、制御部６０では、そのスイッチがオンになったとき、つまりタイヤが取り外されたことを検出した場合には、ジャイロセンサ１０の角速度の誤差を補正しないようにしてもよい。

このようにすれば、タイヤの違いにより、車両８０の移動距離の誤差が大きくなった場合には、ジャイロセンサ１０の角速度の誤差補正がなされなくなるので、補正した角速度の誤差が大きくなることを防止することができる。
（２）また、タイヤの空気圧が変化した場合にも、タイヤの円周長が変化するので、車両８０の移動距離が異なる。そこで、タイヤに、タイヤの空気圧を検出する圧力センサを装着し、その圧力センサで検出した圧力値が所定の範囲内にない場合には、ジャイロセンサ１０の角速度の誤差を補正しないようにしてもよい。

このようにすれば、タイヤの違いにより、車両８０の移動距離の誤差が大きくなった場合には、ジャイロセンサ１０の角速度の誤差補正がなされなくなるので、補正した角速度の誤差が大きくなることを防止することができる。
（３）上記実施形態では、電離層遅延が発生した場合に、ジャイロセンサ１０の角速度の誤差を補正しないようにしていたが、マルチパスを検出した場合にも、ジャイロセンサ１０の角速度の誤差を補正しないようにしてもよい。

つまり、ＧＰＳ受信機５０で受信する際の搬送波の波形を解析する波形改正装置を備え、その波形解析装置により、搬送波の波形の歪み率が許容値を超えた場合などに、ジャイロセンサ１０の角速度の誤差を補正しないようにする。

あるいは、マルチパスはビルなどの建築物により発生する場合が多い、そこで、予めマルチパスが発生する場所（範囲）をカーナビゲーション装置１に記憶させておき、車両がその場所（範囲）にある場合には、ジャイロセンサ１０の角速度の誤差を補正しないようにしてもよい。

このようにすれば、マルチパスにより、測位データの誤差が大きくなった場合には、ジャイロセンサ１０の角速度の誤差補正がなされなくなるので、補正した角速度の誤差が大きくなることを防止することができる。

１… カーナビゲーション装置 ５… 車載用ジャイロ誤差補正装置１０… ジャイロセンサ ２０… 加速度センサ ３０… 回転数カウンタ ４０… 車速センサ ５０… ＧＰＳ受信機 ６０… 制御部 ７０… 表示装置 ８０… 車両。

Claims (4)

1. 車両の前後、左右及び上下の三次元方向の角速度を取得するジャイロセンサと、
   前記車両のピッチ及びロール方向の傾斜角度を取得する傾斜角度取得手段と、
   前記車両の移動距離を算出する移動距離算出手段と、
   ＧＰＳ衛星から送信される測位データを受信し前記車両の速度を出力するＧＰＳ受信機と、
   前記傾斜角度取得手段で取得した前記車両のピッチ及びロール方向の傾斜角度により、前記ジャイロセンサの角度検出軸の角度補正を行うとともに、前記移動距離算出手段で算出した前記車両の移動距離に、前記ジャイロセンサで取得した三次元方向の各角速度に所定の時間間隔を乗じることにより、前記車両の移動ベクトルを算出する第１移動ベクトル算出手段と、
   前記ＧＰＳ受信機から出力される前記車両の速度に前記時間間隔を乗じて前記車両の移動ベクトルを算出する第２移動ベクトル算出手段と、
   前記第１移動ベクトル算出手段で算出された前記車両の移動ベクトルと前記第２移動ベクトル算出手段で算出した前記車両の移動ベクトルの差が最小となるように、前記ジャイロセンサが出力する角速度の誤差補正を行う誤差補正手段と、
   を備えたことを特徴とする車載用ジャイロ誤差補正装置。
2. 請求項１に記載の車載用ジャイロ誤差補正装置において、
   前記移動距離算出手段は、
   前記車両のタイヤの回転数を取得する回転数取得手段を備え、
   前記回転数取得手段で取得した前記タイヤの回転数に該タイヤの円周長を乗ずることにより前記車両の移動距離を算出し、
   前記ＧＰＳ受信機は、
   前記車両の現在位置を更に出力し、
   前記ＧＰＳ受信機から出力される前記車両の現在位置を積算することにより、前記車両の移動距離を取得する移動距離取得手段を備え、
   前記誤差補正手段は、
   所定の区間において前記移動距離算出手段で算出した前記車両の移動距離及び同じ所定区間において前記移動距離取得手段で取得した前記車両の移動距離に所定の誤差以上の差がある場合には、前記ジャイロセンサが出力する角速度の誤差補正を行わないことを特徴とする車載用ジャイロ誤差補正装置。
3. 請求項１に記載の車載用ジャイロ誤差補正装置において、
   前記ＧＰＳ受信機は、
   ＧＰＳ衛星の位置を更に出力し、
   前記誤差補正手段は、
   前記ＧＰＳ受信機の出力する前記ＧＰＳ衛星の位置及び前記車両の速度から、前記ＧＰＳ衛星と前記車両との相対速度が所定の速度以下の場合には、前記ジャイロセンサが出力する角速度の誤差補正を行わないことを特徴とする車載用ジャイロ誤差補正装置。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の車載用ジャイロ誤差補正装置において、
   前記ＧＰＳ受信機は、
   ＧＰＳ衛星から受信した電離層遅延情報を更に出力し、
   前記誤差補正手段は、
   前記ＧＰＳ受信機の出力する前記電離層遅延情報から算出した電離層遅延の値が所定の値以上となっている場合には、前記ジャイロセンサが出力する角速度の誤差補正を行わないことを特徴とする車載用ジャイロ誤差補正装置。