JP2711746B2

JP2711746B2 - 角速度計測装置

Info

Publication number: JP2711746B2
Application number: JP2087008A
Authority: JP
Inventors: 寛展有吉; 晃岩崎
Original assignee: 日本電気ホームエレクトロニクス株式会社
Priority date: 1990-03-31
Filing date: 1990-03-31
Publication date: 1998-02-10
Anticipated expiration: 2013-02-10
Also published as: JPH03285110A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は角速度センサ自体からのデータにより角速度
データのオフセット電圧を補正するようにした角速度計
測装置に関する。

［従来技術］車両の現在地を車室内のディスプレイ装置に表示し、
目的地までの誘導を図る車載用航法装置は、衛星や位置
標識となるビーコン等から送られてくる電波を外部位置
情報として現在地を特定する電波航法と、車両の走行軌
跡から現在地を推定する慣性航法のいずれかを利用して
いる。一般に、慣性航法は、車速センサと方位センサと
から得られる単位ベクトルを逐次継ぎ併せることで車両
の走行軌跡を導き出すため、航法精度の良し悪しは車速
センサに比べて検出精度に難のある方位センサの精度に
懸かっている。

ところで、車載用航法装置に用いられる方位センサと
しては、地球を南北に走る地磁気の水平成分を利用する
地磁気センサや、操舵輪の操舵角度をもとに車両の進行
方向を検出する操舵センサ、さらに、時間積分値が車両
の方位角度に相当する角速度を検出する角速度センサ等
がよく用いられる。

角速度センサの角速度データＪと角速度ｋωとの関係
は、一般に第11図に実線で示すように、比例関係式Ｊ＝ｋω で表されるが、角速度センサの動作基準点は周囲温度の
影響でドリフトしやすく、ドリフトによりオフセット電
圧Joが生ずると、角速度データＪと角速度ｋωとの関係
は真の角速度ｋωにオフセット電圧Joが重畳され第11図
に二点鎖線で示すように、Ｊ＝ｋω＋Jo て表される。このオフセット電圧Joは常に一定値をとる
とは限らず、外部環境に応じて不規則に変化する。この
ため、オフセット電圧Joを補正せずに放置しておくと、
車両が停止しているにもかかわらず角速度データＪが変
化したり、反対に車両が旋回しているにもかかわらず角
速度データＪが変化しないといった検出誤りが生じ、こ
の角速度データＪを取り込んだ演算装置の演算に誤差を
生じ、正確な現在地推定ができなくなるという課題があ
る。

また、本出願人が先に提案した特開昭64−29707号
「車両位置検出装置」には、大小２種類の角速度データ
が一定範囲内であるとき直進または停止状態と判断し、
その際のデータをオフセット電圧とする角速度計測装置
が開示されている。しかしながら、このものは、数回サ
ンプリングして得た角速度データの平均値を一定個数集
め、そのなかでの最大値と最小値を求め、両者の差分が
一定値に満たない場合を車両が直進状態にあると判定す
るものである。すなわち、大小２種類の角速度データが
角速度データの平均値の最大値と最小値であり、移動平
均区間（或いは平滑化点数）が同じ平均値データについ
て最大値と最小値の開きをしきい値判別するだけであ
る。従って、車両震動の影響や温度ドリフトによって変
動するオフセット電圧の影響を、固定された観察期間の
なかでしか評価できず、長周期或いは短周期の変動要因
を総合したオフセット電圧補正ができない等の課題を抱
えるものであった。

本発明は上記実情に鑑みて創案されたものであって、
角速度センサ自体のデータからオフセット電圧の補正を
行うことにより、オフセット電圧に変動が生じても正確
な現在地推定ができる角速度計測装置を提供しようとす
るものである。

［課題を解決するための手段］本発明は上記目的を達成するために、真値に重畳する
オフセット電圧が経時変化する角速度センサと、角速度
センサにより得られる角速度データに基づいて車両の進
行方位を検出する演算装置とからなり、演算装置は、角
速度データから平均区間の区間長が異なる長短２種類の
移動平均値を求め、これらの長区間移動平均値と短区間
移動平均値が一定範囲内であるときを直進走行又は停止
と判断し、その際の前記短区間移動平均値の所定個数分
の相加平均値をオフセット電圧として更新することを特
徴とするものである。

また、本発明は、前記演算装置に距離データを入力す
る距離センサを有し、演算装置は距離データから前記補
正時のオフセット電圧が停止時のものか走行時のものか
を判断し、停止時のオフセット電圧と判断された際には
その停止時間を保持し、以後の走行特に検出したオフセ
ット電圧が、角速度センサのオフセット電圧の単位時間
当たりの許容最大変化量に上記停止時間を現在時間から
引いた時間を掛け算して得られた値（最大変動値）より
大きいか小さいかを比較し、大きい場合にはオフセット
電圧を更新しないことを特徴とするものである。

［実施例］以下、本発明を図面に示す一実施例に基づいて説明す
る。第１図は、ブロック図で示す全体構成図、第２図乃
至第４図は、それぞれ平滑化点数を異にして示した角速
度センサの出力データ図、第５図は、リングバッファに
格納する２つのデータの位相合わせの説明図、第６図
は、演算装置の動作手順を示すフローチャートである。

図中、角速度計測装置１は、角速度センサ２、センサ
アンプ３、A/D変換器３及びA/D変換された角速度データ
取り込んで車両の角速度を演算する演算装置５から構成
される。

第２図乃至第４図は、上記角速度センサ２の出力デー
タを示すが、まず、第２図は平滑化点数１であり、車両
の振動を含みデータにばらつきが見られる。一方、第３
図、第４図は単純移動平均法を用いて得たものでそれぞ
れ平滑化点数11、101であり、移動平均区間の区間長に1
0倍程度、厳密には101/11倍の開きがあるが、データの
ばらつきが少なく車両の真の挙動を示すデータD1（長区
間移動平均値）、D2（短区間移動平均値）が得られるこ
とが分かる。そして、第２図乃至第４図にＡで示されて
いる部分が車両の直進走行又は停止と判断される箇所で
あり、データD1、D2の変動が少なく一定の範囲ａ内に納
まっているのに反し、Ｂで示される部分は車両旋回と判
断される箇所であり、データD1、D2の変動が激しく一定
範囲ａ外となっている。そして、データD1、D2の直進走
行又は停止と判断される部分Ａの角速度データ、ここで
はデータD2によりオフセット電圧を更新するものであ
る。

また、第５図は、移動平均法により得られリングバッ
ファ内に格納されたデータD1、D2の位相合わせの説明図
であり、データD2をデータD1が格納されるリングバッフ
ァ１の時間的な中心位置から前後５個ずつ、計11個リン
グバッファ２に取り込むようにしている。

次に上記構成からなる本発明の作用を説明する。角速
度センサ２から出力されるアナログデータはセンサアン
プ３を介して一定時間毎にA/D変換器４に入力してディ
ジタル値に変換される。そして、ディジタル値に変換さ
れたデータは演算装置５に入力されて角速度が算出され
て出力される。

そして、車両が旋回しているときには、角速度センサ
２のデータD1、D2は変動が大きく一方または双方が一定
範囲ａ内から外れるが、車両が直進走行又は停止したと
きには、データD1、D2とも一定範囲ａ内に納まり、この
一定範囲ａ内のときはA/D変換器４に入力される角速度
センサ２の出力データはオフセット電圧そのものしか出
力されないので、A/D変換器４の出力もオフセット電圧
そのものとなり、演算装置５により演算される角速度デ
ータもオフセット電圧そのものとなる。この直進走行時
又は停止特に単純移動平均法により得られる平滑化点数
がそれぞれ101、11の大小２つのデータD1、D2をリング
バッファ１、２に順次格納し、この２つのデータD1、D2
を比較して両データD1、D2が一定範囲ａにある場合を直
進走行時又は停止時と判断し、一定範囲ａを外れた場合
は旋回時と判断する。そして、直進走行時又は停止時と
判断されたときの角速度データはオフセット電圧そのも
のであるので、この直進走行時又は停止時の角速度デー
タにより角速度センサ２のオフセット電圧を更新する。

次に、第６図に示すフローチャートに基づいて演算装
置５の動作手順を説明する。角速度センサ２から出力さ
れる角速度データは一定時間毎に、センサアンプ３、A/
D変換器４を通して演算装置５に取り込まれる（ステッ
プ101）。取り込まれたデータは、まず、リングバッフ
ァ１にＡ個、例えば101個のデータD1として格納される
（ステップ102）。次に、リングバッファ１に格納され
たデータD1の平均値（長区間移動平均値）を求め、その
データをリングバッファ２にＢ個、例えば100個格納す
る（ステップ103）。そして、リングバッファ１のデー
タを第５図に示すように位相を合わせたデータD2をＣ
個、例えば11個求め、その平均値（短区間移動平均値）
を求め、そのデータをリングバッファ３にＤ個、例えば
100個格納する（ステップ104）。次に、ステップ103、1
04で格納されたＢ個（100個）とＤ個（100個）との最大
値と最小値との差を算出する（ステップ105）。そし
て、リングバッファ２、３に順次格納されていくデー
タ、すなわち長区間移動平均値と短区間移動平均値の最
大値と最小値との差が連続して一定範囲ａ内にあるか否
かを判断する。その結果、一定範囲ａ内でないときは、
リングバッファ３に格納されたＤ個（100個）のデータ
の平均値を加算し、その数をカウント（ステップ106a）
した後、そのルーチンを終了させる。一方また、一定範
囲ａ内であるときは、リングバッファ３に格納されたＤ
個（100個）のデータの平均値を求め、その値をオフセ
ット電圧として更新した後（ステップ106b）そのルーチ
ンを終了させる（ステップ106）。

第７図乃至第10図は、他の実施例を示すものである。
このものは、演算装置５に距離センサ６のデータを取り
込んで車両の停止を判定し、上記実施例のデータの精度
をより一層向上させるものである。このものは、オフセ
ット電圧を更新するには停止時がもっとも信頼性が高し
いとに加え、角速度センサ２のオフセット電圧は時間の
経過により許容範囲以上に変化すると精度が悪化するこ
とから、単位時間あたりの最大変化量Ｍを規格化してい
ることを考慮したものである。すなわち、角速度センサ
２のオフセット電圧Joは第８図に示すように時間の経過
につれて更新幅が次第に広がる特性を有するが、単位時
間当たりの許容される最大変化量Ｍを越えると精度が悪
化するからである。このものでは、走行中には距離セン
サ６から距離データ（パルス）が出力される毎に、演算
装置５に取り込まれるが、停止中には距離センサ６から
の距離データが出力されないので、距離データが取り込
まれてなかったときに演算装置５は車両が停止と判断
し、そのときの時間を停止時間STとして保持する。そし
て、この停止時間STを現在時Ｔから引き算し、引き算し
て得られた時間に最大変化量Ｍを掛け算してオフセット
電圧の許容変動量ｂを求め、この許容変動量ｂと現在時
Ｔに検出されたオフセット電圧との大小を比較する。そ
して、許容変動量ｂより現在時Ｔのオフセット電圧が大
きい場合は、現在時Ｔに検出されたオフセット電圧によ
る更新は取り止める。

次に、上記第２実施例の演算装置３の動作手順を第９
図及び第10図に示すフローチャートに基づいて説明す
る。

演算装置５では距離センサ６から距離データ（パル
ス）が入力される毎に第９図のルーチンが実行され、前
回入力したパルスとの時間の間隔を測定する（ステップ
201）。そして、パルス間隔がＡ秒以上であるか否か、
すなわち、車両が停止しているか否かを判断し、パルス
間隔がＡ秒以上でないときはそのルーチンを終了させる
一方、パルス間隔がＡ秒以上のときはステップ203に移
ってその停止時の停止時間STを保持する（ステップ20
2）。

また、演算装置４では並行して第10図のフローチャー
トにより上記第１実施例同様ステップ101乃至106のステ
ップが実行されており、ステップ106でリングバッファ
２、３に順次格納されていくデータの最大値と最小値と
の差が連続して一定範囲ａより大きいか小さいかを判断
する。その結果、一定範囲ａよりも大きいときは、リン
グバッファ３に格納されたＤ個（100個）のデータの平
均値を加算しその数をカウントし（ステップ106a）てそ
のルーチンを終了させる。一方また、一定範囲ａ内にあ
るときは、リングバッファ３に格納されたＤ個（100
個）のデータの平均値を求め、オフセット電圧を求める
（ステップ107）。そして、ステップ108で、オフセット
電圧の単位時間あたりの許容される最大変化値Ｍに上記
停止時間STを現在時間Ｔから引いた時間を掛け算して、
最大変動量ｂを求める。そして、ステップ109でこの最
大変動量ｂと上記ステップ107で求められた現在時間Ｔ
のオフセット電圧とを比較する。そして、判断ステップ
110における両者の大小比較の結果、現在時間Ｔのオフ
セット電圧が最大変動量ｂ内にあるときは、ステップ11
0aでそのオフセット電圧によりオフセット電圧を更新
し、そのルーチンを終了させる。一方また、最大変動量
ｂの範囲外であるときは、そのときのオフセット電圧で
更新しないでそのルーチンを終了させる（ステップ110
b）。

このように第２実施例では、距離センサ６からの距離
データにより車両の停止を判断し、停止時間STを現在時
間Ｔから引き算した時間に単位時間あたりの許容される
最大変化量Ｍを掛け算して得られる最大変動量ｂと、現
在時間Ｔのオフセット電圧との大小を比較し、オフセッ
ト電圧が大きいときにはそのオフセット電圧では更新し
ないので、オフセット電圧の更新をより一層高精度に行
うことができる。

［発明の効果］以上の説明から明らかなように、本発明によれば、角
速度データから平均区間の区間長が異なる長短２種類の
移動平均値を求め、長区間移動平均値と短区間移動平均
値が一定範囲内であるときを直進走行又は停止と判断
し、その際の短区間移動平均値の所定個数分の相加平均
値をオフセット電圧として更新するようにしたから、車
両振動の影響或いはオフセット電圧の温度ドリフト等の
影響が出力データにばらつきを生じやすい角速度センサ
の出力に基づき、角速度データの２種類の移動平均値相
互の関係から、車両が直進走行又は停止しているか否か
を的確に判断することができ、また車両が直進走行又は
停止していると判断したときは、短い短区間移動平均値
の所定個数分の相加平均値をもってオフセット電圧を更
新するため、直進期間或いは停車期間が短い場合にも、
十分信頼に足るオフセット電圧を得ることができ、角度
センサ等他の部品を用いることなくオフセット電圧の更
新を高精度に行うことができる等の優れた効果を奏す
る。

また、本発明は、距離センサからの距離データにより
車両の停止を判断し、停止時間と現在時間との差にオフ
セット電圧の時間当たりの許容最大変化量を掛け算して
得られる値（最大変動量）と、現在時間におけるオフセ
ット電圧との比較により、オフセット電圧が許容される
変動範囲内にあるか否かを判断し、範囲内にないときは
オフセット電圧を更新しないようにしたから、角速度セ
ンサの外に距離センサを用いるため、構成は多少複雑化
するが、オフセット電圧の更新をより一層高精度に行う
ことができる等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明に関する角速度計測装置の一実施例を示
し、第１図は、ブロック図で示す全体構成図、第２図乃
至第４図は、それぞれ平滑化点数を異にして示した角速
度センサの出力データ図、第５図は、リングバッファに
格納する２つのデータの位相合わせの説明図、第６図
は、演算装置の動作手順を示すフローチャート、第７図
乃至第10図は第２実施例を示し、第７図は、ブロック図
で示す全体構成図、第８図は、時間の経過に対するオフ
セット電圧許容判の説明図、第９図及び第10図は、演算
装置の動作手順を示すフローチャート、第11図は、角速
度センサの出力特性図である。（主要部分を示す図面の符号の説明）１……角速度計測装置２……角速度センサ３……センサアンプ４……A/D変換器５……演算装置

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】真値に重畳するオフセット電圧が経時変化
する角速度センサと、角速度センサにより得られた角速
度データに基づいて車両の進行方位を検出する演算装置
とからなり、演算装置は、角速度データから平均区間の
区間長が異なる長短２種類の移動平均値を求め、これら
の長区間移動平均値と短区間移動平均値が一定範囲内で
あるときを直進走行又は停止と判断し、その際の前記短
区間移動平均値の所定個数分の相加平均値をオフセット
電圧として更新することを特徴とする角速度計測装置。
【請求項２】前記演算装置に距離データを入力する距離
センサを有し、演算装置は距離データから前記補正時の
オフセット電圧が停止時のものか走行時のものかを判断
し、停止時のオフセット電圧と判断された際にはその停
止時間を保持し、以後の走行特に検出したオフセット電
圧が、角速度センサのオフセット電圧の単位時間当たり
の許容最大変化量に上記停止時間を現在時間から引いた
時間を掛け算して得られた値（最大変動値）より大きい
か小さいかを比較し、大きい場合にはオフセット電圧を
更新しないことを特徴とする請求項１記載の角速度計測
装置。