JP3375268B2 - ナビゲーション装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、移動体に備えられ
た加速度センサと種々の車載情報により移動体の移動距
離を検出することにより、移動体内部の速度情報を取り
出すことなく、移動***置情報を算出できるナビゲーシ
ョン装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来の自動車用のナビゲーション装置で
あるカーナビゲーションシステムは、車両の進行方向の
移動距離を車輪の回転を検出することにより求め、回転
角の検出と併せて２次元平面上の自車位置を計算し表示
するよう構成されている。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うな車輪の回転を検出する距離センサは、自動車の場
合、通常車体本体の距離センサ出力を取り出すことで代
用するが、このためにはその取り付けに関し専門的な知
識を有するディーラーやカーショップ等で行う必要があ
り、その際の取り付け費用や手間などユーザの負担は多
大なものであった。 【０００４】本発明は上記の問題点を鑑みてなされたも
のであり、移動体内部の速度情報を取り出すことなく、
簡易に取り付けられ、且つ移動体の進行方向の移動距離
を常時高精度に計測可能なナビゲーション装置を提供す
ることを目的とする。 【０００５】 【課題を解決するための手段】上記目的は、移動体の位
置を検出するナビゲーション装置において、前記移動体
の移動方向を少なくとも含む一方向以上での加速度成分
が検出可能であるように当該移動体に設置された、一軸
方向以上での加速度を検出する加速度検出手段と、前記
加速度検出手段の検出信号に基づいて、前記移動体が停
止状態にあるかを判断する移動体停止判断手段と、前記
移動体停止判断手段により前記移動体が停止していると
判断された時の、前記加速度検出手段の方向別の出力信
号の値を各々記憶する停止時加速度出力記憶手段と、前
記停止時加速度出力記憶手段に記憶された各々の方向の
停止時加速度出力を、前記加速度検出手段の出力信号か
ら各々差し引く加速度バイアス除去手段と、前記停止時
加速度出力記憶手段に記憶された、前記移動体の移動方
向の加速度検出信号を用いて、前記移動体の移動方向に
おける水平面からの傾斜角を算出するピッチング方向傾
斜角算出手段と、地図メモリと、前記地図メモリによる
移動***置での移動路傾斜角を算出する移動路傾斜角算
出手段と、前記ピッチング方向傾斜角算出手段で算出さ
れた前記移動方向における水平面からの傾斜角および前
記移動路傾斜角算出手段で算出された前記移動路傾斜角
から、前記加速度検出手段のピッチング方向取付角を算
出するピッチング方向取付角算出手段と、前記加速度バ
イアス除去手段から出力された方向別の加速度信号と、
前記ピッチング方向傾斜角算出手段で算出された前記移
動方向における水平面からの傾斜角と、前記ピッチング
方向取付角算出手段で算出された前記ピッチング方向取
付角とを用いて、前記移動体の移動方向距離を算出する
移動距離算出手段とを備えることを特徴とするナビゲー
ション装置によって達成される。 【０００６】 【０００７】 【０００８】 【０００９】 【００１０】 【００１１】 【００１２】 【００１３】 【００１４】 【００１５】 【発明の実施の形態】以下、本発明を適用したナビゲー
ション装置の実施形態を図面を参照して説明する。な
お、以下の実施形態では、ナビゲーション装置は、自動
車等の地表を移動する移動体に搭載されるものとする。 【００１６】本発明が適用されたナビゲーション装置の
第１の実施形態は、自動車用ナビゲーション装置であっ
て、そのハードウエア構成として、例えば図２に示すよ
うに、車両にかかる加速度を検出する加速度センサ３０
２、及びその検出信号をもとに車両の走行速度、走行距
離、並びに走行位置を演算すると共に周辺装置の制御等
を行う、例えばマイクロコンピュータ（ＣＰＵ、ＲＡ
Ｍ、ＲＯＭ等を含む）により実現されるコントローラ３
００を有する。 【００１７】加速度センサ３０２は、１軸あるいは２軸
以上の方向での加速度を検出するもので、車両進行方向
での加速度成分を少なくとも検出できるように当該車両
に取付けられるものとする。また、加速度センサ３０２
には、シリコンのマイクロマシニング技術により作製さ
れた静電容量型加速度センサを用いることにより、高感
度かつ小型化が実現できる。なお、必要とされる感度や
サイズによっては、他の種類の加速度センサを用いるこ
とも可能である。 【００１８】本実施形態の装置は、さらに、移動体の方
位変化量（回転角速度）を検出するジャイロセンサ３０
４、地球磁場を検出することにより移動体の絶対方位を
計測する地磁気センサ３０６、ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ
電波信号を受信することにより受信点の位置や移動速度
及び移動方位を計測するＧＰＳセンサ３０８、道路地図
データをＣＤ−ＲＯＭ等を用いて記憶しておく地図メモ
リ３１０、及び、コントローラ３００で推定した移動体
の現在位置を、地図メモリ３１０から読み出した周辺地
図に重ねてユーザに対し表示する、ＣＲＴや液晶ディス
プレイを備える表示装置３１２を有する。 【００１９】ジャイロセンサ３０４、地磁気センサ３０
６、ＧＰＳセンサ３０８は、いずれも移動体方位を計測
することができ、どれか一つだけを方位センサとして用
いる構成としても良い。 【００２０】次に、本実施形態での各構成要素の詳細説
明を、図１を用いて行う。 【００２１】本実施形態において、加速度検出部２は、
前述したように、静電容量型加速度センサ等を用いるこ
とにより実現できる。移動体停止判断部４は、加速度検
出部２の加速度信号に基づいて移動体が停止しているか
否かを判断する（詳細は図３を用いて後述する）。停止
時加速度出力記憶部６は、この移動体停止判断部４で停
止と判断された時の、加速度検出部２の出力をコントロ
ーラ３００中のＲＡＭ上などに記憶する機能を持つ。 【００２２】記憶された停止時加速度出力は、加速度セ
ンサ３０２そのものが持っているバイアス誤差成分や、
加速度センサ３０２が重力加速度の一部を移動体の移動
に伴う加速度と誤検出することによる誤差成分などを合
計した誤差分と見なし、加速度バイアス除去部８におい
て、それら誤差分を加速度検出部２の加速度信号から除
去する。誤差分が除去された加速度信号は、移動体の移
動に伴う加速度と見なすことができ、それを２回時間積
分することにより、移動体の移動距離を移動距離算出部
１０で算出できる。 【００２３】算出した移動距離と、ジャイロセンサ３０
４、地磁気センサ３０６やＧＰＳセンサ３０８よりなる
方位検出部３２からの方位量により、移動***置算出部
１２において、どの方向にどれだけ移動したか、すなわ
ち移動***置がわかる。この移動体の現在位置が、地図
メモリ３１０から読み出した周辺地図に重ねて表示装置
３１２に表示される。 【００２４】次に、移動体停止判断部４の詳細内容につ
いて図３を用いて説明する。図３は、移動体５０（車
両）が平地において停車または走行中にかかる加速度成
分を示したものである。本図最下方のグラフは、実際の
車両の走行速度の時間変化を表している。なお以下の説
明では、加速度センサ３０２は図中のｘ、ｙ、ｚ軸方向
５２での計測を行なうもので（αx、αy、αz）、それ
ぞれ車両の進行方向、上下方向、左右方向に略一致する
ように取付けられているものとする。 【００２５】車両は通常、停車中は上下方向（ｙ軸）の
加速度成分のみ重力加速度ｇ（９．８ｍ／ｓ）の値を示
し、他は零付近の加速度値を示す。ところが、停車から
走行状態に移ると、上下方向（ｙ軸）の加速度成分が、
走行に伴う車体振動により重力加速度ｇ付近で大きく揺
れ出すようになる。この信号の状態変化を捕らえて、車
両が停止状態か否かを判断することが可能となる。すな
わち、走行状態は、ある一定レベル以上の周波数または
振幅、もしくはその両方をもつ加速度波形が発生したか
などにより判断することができる。 【００２６】ちなみに、進行方向（ｘ軸）成分は走行状
態に応じた加速度を、左右方向（ｚ軸）成分はハンドル
の切り具合に応じた加速度をそれぞれ示すようになる。
上下方向成分のように、停車、走行における加速度信号
波形の極端な差は出ないが、定性的には同じ傾向がある
ため、ｙ軸の場合と同様な手法により停車、走行を判定
することが可能である。 【００２７】上記のような手法により、移動体の停止状
態を判断し、その停止時に加速度出力を記憶する停止時
加速度出力記憶部６においては、各方向加速度αx、α
y、αzの停止時出力をＲＡＭ等に記憶し、さらに、加速
度バイアス除去部８においては、その記憶した停止時加
速度出力を加速度信号から差し引く。すなわち、図３の
加速度波形の停止時におけるオフセットが全てキャンセ
ルされることを意味する。 【００２８】本実施形態では、その上で移動距離算出部
１０により加速度の進行方向（ｘ軸）成分の加速度を２
回積分することで、より一層正確な移動距離を求めてい
る。 【００２９】また、移動体が停止していると判断されて
いる場合には、移動距離算出部１０では、速度成分にお
ける誤差を除去するために、各方向速度ｖｘ、ｖｙ、ｖ
ｚあるいは移動方向速度の出力をクリア（０に再設定）
しておく。 【００３０】次に、図３において、ｘまたはｚ軸が何ら
かの理由で水平面にない場合について説明する。本実施
形態では、図１に示したように、停止時加速度出力記憶
部６に記憶された、少なくとも一方向、ここではｘまた
はｚ軸方向の加速度検出信号に基づいて、加速度検出信
号の検出方向における水平面からの傾斜角を算出する傾
斜角算出部２０を有しており、この傾斜角情報をも加味
して、移動距離算出部１０において移動距離が算出され
る。 【００３１】まず、図４を用いて、上記内容のｘ軸方
向、すなわち車両に対してピッチング方向に傾斜角があ
る場合を詳細に説明する。図４において、ピッチング方
向の傾斜角条件として、道路が傾斜している場合（傾斜
角θrz）と、加速度センサ３０２が車体に傾いて取り付
けられている場合（傾斜角θsz）を考慮した。 【００３２】図４（１）は上記傾斜角が零（θrz＝θsz
＝０）の場合で図３と同じ条件である。図３同様、停車
から走行状態に変化した場合を想定しており、図中の加
速度出力は、進行方向の加速度をａとした場合の模式的
な出力波形である。停車状態での加速度０からある特定
のピーク加速度値まで増加し、また０に戻る出力波形と
なり、車両の進行方向の動きを忠実に表している。これ
を２回積分すれば精度の良い移動距離を算出することが
できる。 【００３３】ところが、図４（２）のように、道路だけ
が傾斜した状態になると（θrz≠０、θsz＝０）、図示
したように、停車状態でｇ・ｓｉｎθrzだけオフセット
をもつようになり、走行中もそのオフセット分だけずれ
た出力波形となる。したがって、加速度センサ３０２の
車体取り付けを車両進行方向に合った状態（θsz＝０）
にさえすれば、如何なる道路においても、停車中のオフ
セットだけ見積もることにより（オフセットｇ・ｓｉｎ
θrzの内、ｇは既知であるので、道路の傾斜角を求める
ことに等しい）、その後の走行する道路の傾斜角が大き
く変化しない限りにおいて上記図４（１）と同様に精度
の良い移動距離を算出することができる。すなわち、 【００３４】 【数１】 【００３５】となり、上式のａ（右辺が加速度バイアス
除去部８での処理に相当）を２回積分すれば良い。 【００３６】次に、図４（３）のように、加速度センサ
３０２が車体に傾いて取り付けられていて、かつ平坦な
道路にいる場合（θrz＝０、θsz≠０）では、停車状態
でｇ・ｓｉｎθszのオフセットをもつだけでなく、ピー
クの加速度振幅もａ・ｃｏｓθszとなり、これらを考慮
した上で移動距離の計算を行わないと大きな誤差を引き
起こすことになる。すなわち、 【００３７】 【数２】 【００３８】となり、上式のａを２回積分すれば良い。
すなわち、停車状態でオフセットｇ・ｓｉｎθszを求
め、その後ｇが既知であることから傾斜角θszが求ま
り、そのθszを基に分母ｃｏｓθszを計算し、ａを算出
することができる。 【００３９】さらに、図４（４）のように、両方の傾斜
角が重なって発生するより一般的な場合においては、 【００４０】 【数３】 【００４１】となり、上式のａを２回積分すれば良い。
すなわち、今度は停車状態で求められるオフセットはｇ
・ｓｉｎ（θrz＋θsz）であり、傾斜角θszは直接求め
られない。 【００４２】そのため、一度平坦と思われる道路におい
て上記図４（３）の状態を作り出し、そこで求めた加速
度センサ取り付け傾斜角θszを基に、数３の分母のｃｏ
ｓθszを計算し、ａを算出することができる。 【００４３】また、既知の道路の傾斜角を利用すること
もできる。ここでは、道路の傾斜角が地図メモリ３１０
等に入っていて、車両位置からその道路のピッチング方
向の傾斜角がわかる場合を考える。 【００４４】この場合、図１に示すように、まず、前回
までの航法により移動***置算出部１２で算出した車両
位置を基に、地図メモリ３１０より、現在走行中の道路
の傾斜角（θrz）を移動路傾斜角（ローリング、ピッチ
ング）算出部２６で取得する。また、前述のように、停
止時の加速度出力を基に傾斜角算出部２０（ピッチング
方向傾斜角算出部２２）において、ピッチング方向傾斜
角を算出する。 【００４５】これは、上記図４（４）の場合において
は、オフセットｇ・ｓｉｎ（θrz＋θsz）からθrz＋θ
szを算出することに相当する。このθrz＋θszから、移
動路傾斜角算出部２６で得たθrzを差し引くことによ
り、ピッチング方向取付角算出部２８において、加速度
センサ取り付け傾斜角θszを計算することができる。 【００４６】このような処理により、上記図４（４）で
述べた平坦道路でのθsz算出は必要なくなり、より一層
簡単に加速度ａを求めることができ、精度良く移動距離
を求めることができる。こうして精度を高めた移動距離
を基に移動***置算出部１２で今回の車両位置を求める
ことができる。 【００４７】次に、図５に示すように、ｚ軸方向、すな
わち車両に対してローリング方向に傾斜角がある場合を
考える。上図において、ローリング方向の傾斜角条件と
して、図４同様道路がバンク角等で傾斜している場合
（傾斜角θrx）と、加速度センサ３０２が車体に傾いて
取り付けられている場合（傾斜角θsx）を考慮した。 【００４８】図４の進行方向の加速度ａに相当するの
が、ここではハンドルを切って曲がる時に発生する遠心
力ｃである。この遠心力ｃは進行方向に対しほぼ直角方
向に作用するため、今求めたい進行方向の移動距離には
直接は関係しないが、車両に働く加速度の一つとしては
進行方向加速度と何ら変わりなく考えることができる。
したがって、図４と全く同じ論理で、ローリング方向の
取付角θsxを、図１のローリング方向取付角算出部３０
において求めることができる。 【００４９】これにより、図４のθszに続き、θsxも明
らかにすることができ、車両に働く力をより正確に捉え
ることができるようになる。図５の詳細説明について
は、図４とｘ軸がｚ軸に変わるだけで同じであるためこ
こでは省略する。 【００５０】最後に、図６の上図に示すように、ヨーイ
ング方向のセンサ取付角θsyを考える。ヨーイング方向
に関しては、道路傾斜が関係ない代わりに、車両自体が
ハンドルを切ることにより、容易に方向を変えることが
できるため、そのヨーイング方向の回転を考慮に入れな
ければならない。ナビゲーション装置では通常、ヨーイ
ング方向の回転を検出するセンサが独立にあり、図１で
はそれを方位検出部３２として、ジャイロセンサ３０
４、地磁気センサ３０６、ＧＰＳセンサ３０８等を想定
している。 【００５１】図６において、（１）と（２）がその方位
検出部３２の出力を基に直進走行判断部３４で直進走行
と判断される場合、（３）と（４）が一定角速度ωで回
転している場合、（１）と（３）が加速度センサの取付
角θsyが零の場合、（２）と（４）がある角度で傾いて
いる場合である。（２）においては、直進走行状態のた
め遠心力ｃが零であり、次式が成り立つ。 【００５２】 【数４】 【００５３】図１のヨーイング方向取付角算出部３６で
は、上式のａとθsyで連立して解くことにより、進行方
向の加速度ａと加速度センサ取付角θsyが同時に求めら
れる。また、（４）のように直進走行と見なせない場合
は、遠心力ｃの項が入ってきて、次式のようになる。 【００５４】 【数５】 【００５５】（２）の状態で求めた取付角θsyは変化し
ないとし、ａとｃに関して連立して解けば、求めたい進
行方向の加速度ａが得られる。（１）と（３）は（２）
と（４）のθsyが零という特別な場合であるため、上記
数４及び数５による方法がそのまま適用できる。 【００５６】また、進行方向にのみ加速度センサが設置
されている構成の場合でも、ＧＰＳセンサ３０８の速度
ベクトル情報を用いることにより取付角θsyを求めるこ
とができる。すなわち、ＧＰＳセンサ３０８によって計
測される速度ベクトルの大きさＶ_GPSと、加速度成分αx
を積分して得られるＶｘとの関係は、以下の数６のよう
に表わされるため、この式からヨーイング方向の加速度
センサ取付角θsyが算出できる。 【００５７】 【数６】 【００５８】以上のようにすれば、直進走行でも非直進
走行でも、移動距離算出部１０で上記方法により精度良
く移動距離を算出することができる。 【００５９】以上、図４、５、６において、それぞれピ
ッチング方向、ローリング方向、ヨーイング方向を含む
面内だけに限定した説明をしてきた。しかし現実には、
ナビゲーション装置の取り付け容易性を優先すると、加
速度センサは任意の方向に向けられることになり、上記
３方向の議論を組み合わせる必要がある。この場合、算
術式は複雑になってしまうが、ナビゲーション装置に搭
載された演算装置にとってその計算量が許されるならそ
れでも良い。計算量を削減する必要がある場合は、近似
的に上記３ケースのいずれかに置き換えて計算する構成
としても良い。 【００６０】また、加速度センサ３０２について、いっ
たん各方向での取付角が既知となった場合あるいは０と
近似できるような場合であれば、移動体の移動中の処理
として、地図メモり３１０より現在移動中の道路の傾斜
角を求め、この道路傾斜角を用いて加速度センサの出力
を補正して真の移動方向での加速度成分を求め、この加
速度成分を用いて、移動距離を算出する構成としても良
い。 【００６１】本実施形態によれば、加速度センサ３０２
の３次元的な取り付け方向を、上述したような方法を採
用することで明らかにすることにより、車両の移動方向
の運動に無関係な重力や遠心力の影響を取り除くことが
でき、移動距離の算出精度を高めることができる。 【００６２】さらに、本実施形態によれば、加速度セン
サ３０２の取り付け方向を車両の進行方向等（例えば上
記ｘ、ｙ、ｚ方向）の予め定められた方向に正確に合わ
せる必要がなくなるため、ナビゲーション装置の設置が
非常に容易となる。 【００６３】さらに、本実施形態によれば、車両側に設
けられている距離センサあるいは車速センサからの出力
を用いることなく、車両の現在位置を常時精度良く決定
することができる。 【００６４】次に、本実施形態のナビゲーション装置の
処理手順の一例を、図８〜１４のフローチャートを用い
て説明する。 【００６５】本実施形態での主処理手順は、所定の時間
周期で繰り返されるもので、例えば図８に示されている
ゼネラルフローに示されているように、最初、本実施形
態のナビゲーション装置の電源ＯＮ（ステップ１００）
後、予め定められた所定の初期処理（ステップ１０２）
が行われる。この初期処理の際、ＧＰＳセンサ３０８等
での初期処理も行われる。 【００６６】ステップ１０４では、前回の本処理で移動
***置算出部１２により得られた位置、あるいは前回の
位置が無ければ、上記ＧＰＳセンサ３０８での初期測位
結果を用いて現在位置を自動設定する。ＧＰＳセンサ３
０８が通常測位可能でない場合には、手動でユーザが現
在位置を入力する構成としてもよい。 【００６７】ステップ１０６では、表示処理部が、上記
で設定された現在位置を含む地図データを地図メモリ３
１０から読み込み、さらに、当該地図データの示す地図
上に、移動体の現在位置を示す所定のマークを重畳させ
て表示するように、画像データを生成し、表示装置３１
２へ送る。 【００６８】その後、ステップ１０８では、以下の割り
込み処理１１０、１１２、１１４、１１６を許可する。 【００６９】移動体停止判断割込処理１１０は、一定時
間Δｔ毎に入る処理であり、移動体が停止状態にあるこ
とを移動体停止判断部４において判定する。 【００７０】移動距離算出割込処理１１２もまた、一定
時間Δｔ毎に入る処理であり、移動体の加速度を検出す
る加速度センサ３０２により得られたデータから、移動
距離算出部１０により計算する。 【００７１】移動方位算出割込処理１１４もまた、一定
時間Δｔ毎に入る処理であり、移動体の方位をジャイロ
センサ３０４により得られたデータから、方位検出部３
２により計算する。 【００７２】移動***置算出割込処理１１６では、移動
方位算出割込処理１１４での算出結果と、移動距離算出
割込処理１１２での算出結果と、ＧＰＳセンサ３０８で
の測位結果と、地図メモリ３１０の情報とを相互に照合
して移動体の現在位置を推定する。 【００７３】ステップ１１８では、移動***置算出部１
２が、さらに、移動***置算出割込処理１１６で推定さ
れた移動***置と、ステップ１０４で設定された移動体
の位置とを比較して、移動体の現在位置が移動している
かどうかの判定を行う。その結果、移動していれば（ス
テップ１１８でＹｅｓ）、ステップ１２０において、表
示処理部が現在位置の表示を変更し、それに伴い地図の
更新が必要であれば更新する。また、移動していなけれ
ば（ステップ１１８でＮｏ）、ステップ１１０以下の処
理を繰り返す。 【００７４】次に、移動体停止判断部４により一定時間
Δｔ毎に実行される、移動体停止判断割込処理１１０の
処理手順を図９で説明する。 【００７５】本処理では、最初にステップ１３０で、各
方向の加速度データを入力する。以下では図３に示した
ように、上下方向（ｙ方向）加速度αyを用いて停止状
態を判定する例を説明するが、他方向の加速度データを
用いても同様な方法で停止状態が判定可能である。 【００７６】ステップ１３２ではαyをメモリに記憶す
る（αyi）。ステップ１３４で記憶したαyのデータが
所定数たまったかどうかを判定する。たまっていなけれ
ば割込処理を終了し、たまっていればステップ１３６に
進む。ここでは、所定数のαyiの中から最大値、最小値
を選択し、その差分で振幅を算出する。 【００７７】ステップ１３８では、その振幅が所定値よ
り大きいかどうかを判定し、大きければ走行中と見なし
ステップ１４２で停止中フラグをＯＦＦにする。逆に小
さければ停止中と見なしステップ１４０で停止中フラグ
をＯＮにし、割込処理を終了する。 【００７８】次に、移動距離算出部１０により一定時間
Δｔ毎に実行される、移動距離算出割込処理１１２の処
理手順を図１０で説明する。 【００７９】本処理では、最初にステップ１５０で、各
方向の加速度データを入力する。以下では、進行方向
（ｘ方向）加速度αxを用いて移動距離を算出する場合
について説明する。 【００８０】ステップ１５２で、図９にて判定した停止
中フラグにより停止中かどうかを知り、停止中であれば
ステップ１６２に進む。ここで、図１の停止時加速度出
力記憶部６の処理として、αxをメモリに記憶する（αx
i）。ステップ１６４で記憶したαxのデータが所定数た
まったかを判定する。たまっていればステップ１６６に
進み、所定数のαxiの平均値Ｂx（加速度バイアス）を
算出する。 【００８１】ステップ１６７では、その平均値Ｂxをメ
モリに記憶し、更新する。ステップ１６４でαxが所定
数たまっていなければ、ステップ１６６、１６７は実行
されない。 【００８２】ステップ１６８、１６９では、現在記憶さ
れている移動方向の速度Ｖｕ、距離ｄの値を０にリセッ
トして、割込処理を終了とする。 【００８３】また、ステップ１５２で走行中であった場
合は、ステップ１６２から１６８の処理は実行されず、
ステップ１６２で蓄えてきたαxiが残っている時、その
メモリを無効にし、その後停止した時に新規にαxを記
憶し始めるようにする。 【００８４】次に、ステップ１５６において、前述のよ
うにして停止時に求めた加速度バイアスＢxを、加速度
データαxから除去する（加速度バイアス除去部８の処
理）。この時、加速度バイアスＢxが求められる前であ
れば、Ｂxは零とする。 【００８５】その後、ステップ１５８にて、加速度セン
サ３０２の移動体取付角や真の進行方向加速度を算出す
る。ステップ１６０で、その真の進行方向加速度を２回
積分することにより移動距離ｄを算出し、割込処理を終
了する。ここでは、進行方向（ｘ方向）加速度αxだけ
バイアス補正しているが、他方向加速度においても同様
のバイアス補正が有効である。 【００８６】上記ステップ１５８の処理を図１１で詳し
く説明する。まず、ステップ１７０で、３方向加速度デ
ータ（バイアスデータも含む）、移動路傾斜角、加速度
センサ取付角を入力する。移動路傾斜角は地図メモリ３
１０から、加速度センサ取付角は前回の本処理結果（メ
モリ記憶）から読み出される。 【００８７】ステップ１７２で、上述した停止中フラグ
を用いて停止中かどうかを判定する。停止中であれば、
ステップ１８２に進み、ピッチング方向取付角θszを求
める。これは、図１のピッチング方向取付角算出部２８
の処理で、前述した進行方向加速度αxの停止時バイア
ス量から図中の式（数７）によって算出できる。同様に
ステップ１８４では、ローリング方向取付角算出部３０
の処理によりローリング方向取付角θsxを求める（数
８）。 【００８８】 【数７】 【００８９】 【数８】 【００９０】ステップ１８６では、これら算出した取付
角をメモリに記憶、更新し、処理を終了する。なお、こ
こでは停止中のため、進行方向加速度は求めなくてよ
い。 【００９１】ステップ１７２で走行中と判定された場合
は、ステップ１７４に進み、高速走行中（Ｖu＞Ｖth）
でしかも直進中（ω＜ωth）かどうかを判定する（直進
走行判断部３４の処理）。この判定は、例えば予め定め
たしきい値Ｖth、ωthと計測値とを比較して行なう。上
記判定条件を満たした場合にはステップ１８８に進み、
高速直進中の進行方向加速度αxと左右方向加速度αzを
使って図示した連立方程式（上記数４）を解き、ヨーイ
ング方向取付角θsyと真の進行方向加速度ａを算出する
（ヨーイング方向取付角算出部３６の処理）。続いてス
テップ１９０で、そのヨーイング方向取付角θsyをメモ
リに記憶する。 【００９２】ステップ１７４で高速且つ直進中でない場
合、ステップ１７６において図示した連立方程式（上記
数５）を解き、真の進行方向加速度ａと真の左右方向加
速度ｃを求める。この際、ステップ１８８で算出し、ス
テップ１９０で記憶しておいたヨーイング方向取付角θ
syを用いる。 【００９３】さらに、進行方向の１軸（ｘ軸）について
検出された加速度値から、ステップ１７８において、上
記数３を用いて真の進行方向加速度ａ₀が算出できる。
この時は、停止中の処理であるステップ１８２で算出
し、ステップ１８６で記憶したピッチング方向取付角θ
szのデータを用いることになる。 【００９４】同じようにステップ１８０で、左右方向に
加速度値から以下の数９を用いて、真の左右方向加速度
ｃ₀が計算できる。 【００９５】 【数９】 【００９６】ステップ１７６、１８８で求める真の進行
方向加速度ａ、真の左右方向加速度ｃは、ヨーイング方
向取付角だけを考慮して求められたもので、ステップ１
７８、１８０で求める真の進行方向加速度ａ₀、真の左
右方向加速度ｃ₀は、ピッチング方向取付角、ローリン
グ方向取付角をそれぞれ考慮して求められたものであ
り、理想的な状態では一致すべき値である。したがっ
て、本実施形態では、ステップ１８１において、これら
ａ、ｃ、ａ₀、ｃ₀を用いて、より精度の高い加速度を求
めている。具体的な演算処理としては、例えば、重み付
け平均処理や、ａとａ₀、ｃとｃ₀が各々予め定めた誤差
範囲で一致した場合にだけ有効として、いずれか一方の
値を採用する方法などして、最終的な真の進行方向加速
度および真の左右方向加速度を算出する。 【００９７】なお、本実施形態では３軸方向に加速度セ
ンサを配置した場合について説明したが、進行方向の１
軸（ｘ軸）にのみ加速度センサを設置した場合は、ステ
ップ１７８とそれに関連した処理（ステップ１８２等）
だけを行ない、真の進行方向加速度ａを算出する構成と
しても良い。 【００９８】以上のようにすれば、重力加速度や遠心力
等の影響を受けずに精度良く進行方向の真の加速度を算
出することができる。 【００９９】次に、方位検出部３２により一定時間Δｔ
毎に実行される、移動方位算出割込処理１１４の処理手
順を図１２で説明する。 【０１００】本処理では、最初にステップ１９０で、受
信可能なＧＰＳ衛星数が３個以上の場合には、後述する
移動***置算出割込処理１１６のステップ２０６により
算出されたＧＰＳ方位θgpsと、ジャイロセンサ３０４
により計測した回転角速度ω（＝ｄθ／ｄｔ）とを取得
する。また、受信可能なＧＰＳ衛星数が３個未満の場合
には、移動***置算出割込処理１１６で得られたＧＰＳ
方位の代わりに、後述するステップ１９２の、前回処理
で求められたＧＰＳ方位θgpsを用いる。 【０１０１】ステップ１９２では、ＧＰＳ方位θgps
に、図中に示すような、予め定めた補正係数ａ、ｂを含
む数式により、回転角速度ωを時間積分して足し込む。 【０１０２】なお、補正係数ａ、ｂは、使用するジャイ
ロセンサ３０４に応じて設定されるものであり、例えば
ジャイロ誤差の補正を全く必要がない場合は、ａ＝１、
ｂ＝０と設定してもよい。通常、ｂはジャイロバイアス
誤差を表し、移動体停止時のジャイロ出力値を用いる。
この際、本発明では図９で述べた（原理は図３）移動体
停止判断割込処理１１０により、停止状態を判定すれば
よい。 【０１０３】次に、移動***置算出部１２により一定時
間Δｔ毎に実行される、移動***置算出割込処理１１６
の処理手順を図１３で説明する。 【０１０４】本処理では、最初にステップ２００で、衛
星情報やＧＰＳによる通常測位位置データＸg、Ｙg、Ｚ
gを入力する。ステップ２０２で、移動体の方位、距離
を各算出割込処理１１４、１１２の結果から取得する。 【０１０５】ステップ２０４でＧＰＳが通常測位可能な
状態（受信衛星数３個以上）かどうか判定する。通常測
位可能な場合（ステップ２０４でＹｅｓ）は、速度ベク
トル３成分が得られ、その内の水平成分Ｖx、Ｖyを用い
てステップ２０６のように方位を算出することができ
る。その算出した方位を直接θgpsに置き換えてもよい
が、フィルタリング処理を施してもよい。また、受信可
能なＧＰＳ衛星数が１または２個の場合（ステップ２０
４でＮｏ）は、ステップ２０６のＧＰＳの速度ベクトル
による方位の再設定が行えず、移動方位算出割込処理１
１４でのジャイロデータによる角速度の積算によっての
み移動方位が定まる。 【０１０６】その後、ステップ２０８において、移動方
位θgpsと移動距離ｄにより、移動体の水平面での移動
距離成分ΔＸ、ΔＹが算出され、ステップ２１０で前回
の処理で求められている現在位置座標Ｘ、Ｙに各々足し
込み、新たな位置Ｘ、Ｙを求める。 【０１０７】こうして求められた位置Ｘ、Ｙは、ステッ
プ２１２において、ＧＰＳ通常測位可能時に出力される
ＧＰＳ測位位置Ｘg、Ｙg、Ｚgと比較され、大きく離れ
ている場合（ステップ２１２でＹｅｓ）はステップ２１
４に進み、ＧＰＳ測位位置Ｘg、Ｙgにリセットされる。
そしてステップ２１６のマップマッチング処理に入る。
このマップマッチング処理を図１４で説明する。まず
現在位置Ｘ、Ｙと移動体方位θgpsがステップ２２０で
入力され、続いてステップ２２２でＸ、Ｙ近傍の道路デ
ータが地図メモリ３１０から読み込まれる。 【０１０８】次に、ステップ２２４において、現在位置
Ｘ、Ｙを中心として所定距離以内にある道路リンクを全
て検索する。この際、所定距離以内にある各道路リンク
に下ろした垂線の足をＸm、Ｙmとする。 【０１０９】各道路リンクに対してステップ２２６で
は、移動体方位θgpsとリンク方位が比較され、所定値
以内で一致している場合、ステップ２２８に進む。そし
て、その道路リンクに相当する道路を走行していると見
なし、ステップ２２８において、現在位置が道路リンク
上のＸm、Ｙmにマッチングされる。そして、移動***置
算出割込処理１１６の最終結果として道路リンク上のＸ
m、Ｙmが出力される。この時、位置だけでなく移動体方
位も道路リンクの方位に合わせてもよい。これにより、
図１３のステップ２０６による方位の再設定が行えない
状態、すなわちＧＰＳの通常測位が行えない状態が長く
続いても、移動体方位に大きな誤差が発生することを防
ぐことができる。 【０１１０】ステップ２２６においてＮｏとなった場合
は、再度ステップ２２４に戻り、別の道路リンクに対し
同様の比較を試みる（ステップ２３０）。そして、ステ
ップ２２４で検索した所定距離以内にある全ての道路リ
ンクに対し、ステップ２２６が満足されない場合、マッ
チングすべき道路リンクが無いと判断し、現在位置Ｘ、
Ｙは入力値のまま移動***置算出割込処理１１６の最終
結果として出力される。 【０１１１】このようにして得られた移動***置データ
により、その周辺の地図データを読み出し、移動体の現
在位置を示す所定のマークを地図上に重畳させて表示す
るように、画像データを生成し、表示装置３１２へ送
る。また、この移動***置データは、図１で示したよう
に、移動路傾斜角算出部２６にも入力され、その位置デ
ータに基づき地図メモリ３１０から現在移動体が走行中
の移動路の傾斜角が読み出される。 【０１１２】また、図２のセンサ構成において、加速度
センサ３０２のように停止時に補正が必要なセンサにつ
いては、図１の移動体停止判断部４で行う停止判断に基
づいて補正してもよい。 【０１１３】すなわち、例えばジャイロセンサ３０４等
は図７に示すように、加速度センサ３０２の信号出力に
基づく移動体停止判断部４において、停止と判断した時
のジャイロセンサ３０４からの角速度出力を、停止時角
速度出力記憶部６０で記憶し、その記憶された停止時角
速度出力を用いて、ジャイロセンサ出力の角速度バイア
スを、角速度バイアス除去部６２にて除去する。こうし
て精度を高めた角速度データと、上記実施形態のように
加速度信号から算出した移動距離を用いて移動体の位置
を、移動***置算出部１２にて求める。 【０１１４】このようにすれば、ジャイロセンサ等の補
正用に新たに停止時センサを設ける必要が無く、かつ、
ジャイロセンサによる回転角の検出精度を高めることが
できる。 【０１１５】 【発明の効果】本発明のナビゲーション装置によれば、
加速度センサを用い且つその３次元的な取り付け方向を
明らかにすることにより、移動体の移動方向の運動に無
関係な重力や遠心力の影響を取り除くことができ、移動
距離の算出精度を高めることができる。 【０１１６】これにより、移動体内部の速度情報を取り
出す必要がなくなるため、装置取り付けの際にユーザが
被っていた手間やコストが全くかからず、且つ移動体の
進行方向の移動距離を常時高精度に計測可能なナビゲー
ション装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明のナビゲーション装置の一実施形態の構
成を示すブロック図。 【図２】本発明のハードウエア構成例を示すブロック
図。 【図３】本発明の移動体停止判断の原理を説明する説明
図。 【図４】移動距離を算出する際のピッチング方向条件を
説明する説明図。 【図５】移動距離を算出する際のローリング方向条件を
説明する説明図。 【図６】移動距離を算出する際のヨーイング方向条件を
説明する説明図。 【図７】本発明の移動体停止判断手段をジャイロセンサ
の停止時補正に適用する場合の装置の構成例を示すブロ
ック図。 【図８】本発明のナビゲーション装置のゼネラルフロー
を示すフローチャート。 【図９】図８中の移動体停止判断割込処理のフローチャ
ート。 【図１０】図８中の移動距離算出割込処理のフローチャ
ート。 【図１１】図１０中の取付角、進行方向加速度ａの算出
処理のフローチャート。 【図１２】図８中の移動方位算出割込処理のフローチャ
ート。 【図１３】図８中の移動***置算出割込処理のフローチ
ャート。 【図１４】図１３中のマップマッチング処理のフローチ
ャート。 【符号の説明】 ２…加速度検出部、４…移動体停止判断部、６…停止時
加速度出力記憶部、８…加速度バイアス除去部、10…移
動距離算出部、12…移動***置算出部、20…傾斜角算出
部、22…ピッチング方向傾斜角算出部、24…ローリング
方向傾斜角算出部、26…移動路傾斜角算出部、28…ピッ
チング方向取付角算出部、30…ローリング方向取付角算
出部、32…方位検出部、34…直進走行判断部、36…ヨー
イング方向取付角算出部、302…加速度センサ、304…ジ
ャイロセンサ、306…地磁気センサ、308…ＧＰＳセン
サ、310…地図メモリ。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−215564（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−96535（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−285621（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−5352（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−327378（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01C 21/16 G01C 9/06 G01C 21/00

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】移動体の位置を検出するナビゲーション装
   置において、 前記移動体の移動方向を少なくとも含む一方向以上での
   加速度成分が検出可能であるように当該移動体に設置さ
   れた、一軸方向以上での加速度を検出する加速度検出手
   段と、 前記加速度検出手段の検出信号に基づいて、前記移動体
   が停止状態にあるかを判断する移動体停止判断手段と、 前記移動体停止判断手段により前記移動体が停止してい
   ると判断された時の、前記加速度検出手段の方向別の出
   力信号の値を各々記憶する停止時加速度出力記憶手段
   と、 前記停止時加速度出力記憶手段に記憶された各々の方向
   の停止時加速度出力を、前記加速度検出手段の出力信号
   から各々差し引く加速度バイアス除去手段と、 前記停止時加速度出力記憶手段に記憶された、前記移動
   体の移動方向の加速度検出信号を用いて、前記移動体の
   移動方向における水平面からの傾斜角を算出するピッチ
   ング方向傾斜角算出手段と、 地図メモリと、 前記地図メモリによる移動***置での移動路傾斜角を算
   出する移動路傾斜角算出手段と、 前記ピッチング方向傾斜角算出手段で算出された前記移
   動方向における水平面からの傾斜角および前記移動路傾
   斜角算出手段で算出された前記移動路傾斜角から、前記
   加速度検出手段のピッチング方向取付角を算出するピッ
   チング方向取付角算出手段と、 前記加速度バイアス除去手段から出力された方向別の加
   速度信号と、前記ピッチング方向傾斜角算出手段で算出
   された前記移動方向における水平面からの傾斜角と、前
   記ピッチング方向取付角算出手段で算出された前記ピッ
   チング方向取付角とを用いて、前記移動体の移動方向距
   離を算出する移動距離算出手段とを備えることを特徴と
   するナビゲーション装置。