JP2669889B2 - 自立航法装置に用いる角速度センサの較正装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ この発明は、方位センサの１つとして角速度センサ
（レートジャイロ）を用いた自立航法装置における角速
度センサの較正装置に関する。

＜従来の技術＞ 従来より、方位センサと距離センサとを用いて車両の
走行軌跡を求める試みが行われている。この方式は、車
両に搭載した方位センサ、距離センサの測定量から走行
軌跡を求め、出発地点にこの軌跡を加えることにより、
自己の位置検出を行うので推測航法と呼ばれ、外部の支
援設備を導入しないので、比較的簡単に採用できる。

推測航法に用いられる方位センサには、地磁気センサ
や旋回角度センサが実用されるが、前者は地磁気の歪や
外部磁界の影響で10゜以上の誤差となることが多いほか
車体の着磁を補正する必要がある。

後者には、左右の車輪の回転差を求める差動オドメー
タが従来から用いられているが、タイヤの回転を検出す
るため、タイヤ径の変化や歪、スリップ等により誤差が
発生しやすいという難点があった。

そこで、これを改善するため、回転角速度を直接検出
する方式の光ファイバジャイロ、振動ジャイロ、コマ式
ジャイロ等の角速度センサに置き換えることが提案され
ている。

例えば、光ファイバジャイロは、レーザ光を光ファイ
バリングの中で時計回りと反時計回りに伝搬させ、光フ
ァイバリングが回転すると、光路を一周する時間が両回
りの光で異なることから、この時間差を位相差として検
出するセンサである。

振動ジャイロは、回転座標の中に置かれた粒子がコリ
オリの力を受けることから、容器の中を振動する粒子の
振動分布の変化を検出して、回転角速度を検出するセン
サである。

＜発明が解決しようとする課題＞ ところが、角速度センサが検出する角速度は、検出誤
差が比較的少ないが、出力を積分して回転角度を求める
時に初期方位は別に与えてやる必要があり、これに誤差
があれば、以後この誤差が固定されてしまう。つまり、
角速度自体が正確でも、初期方位の精度が悪いと角速度
センサの特徴を生かしきれない。かといって、地磁気セ
ンサの方位に合わすと、その場所の地磁気の歪に左右さ
れる。道路に車両を止めて地図上の道路方位に合わせる
方法も、面倒であるとともに車両の置き方に左右されて
正確な較正ができない。

また、角速度センサの信号処理系等の調整不足、経時
変化に起因して、検出する角速度の絶対値に誤差を生ず
る場合がある。つまり、スケールファクタが変動する。
このスケールファクタの変動による誤差は、直線走行時
には現れないが、カーブを走行するたびに現れるので、
多くのカーブを通過すると誤差が累積されて、推測航法
に支承を生じる。

この発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであ
って、マップマッチングを採用する自立航法装置におい
て、角速度センサの出力を自動的に較正することができ
る角速度センサの較正装置を提供することを目的とす
る。

＜課題を解決するための手段および作用＞ 上記の目的を達成するための請求項１の角速度センサ
の較正装置は、第１図に示すように、いわゆるマップマ
ッチングによる位置方位検出手段（３）とともに、角速
度検出センサ（15）と、角速度検出センサ（15）の出力
信号を基に角速度を求める角速度検出手段（１）と、上
記角速度を積分した値を、以前の方位に加えることによ
り現在の方位を求める積分手段（２）と、積分手段
（２）の方位出力θｒと、上記位置方位検出手段（３）
の方位出力θｅとの差分を検出し、検出した差分または
その累積値に基づいて方位θｒを修正するための修正量
ΔΘを算出し、当該修正量ΔΘを積分手段（２）に対し
て供給する第１の方位修正手段（４）とを備える。

上記構成の角速度センサの較正装置によれば、角速度
検出手段（１）により角速度検出センサ（15）の出力を
常時検出して角速度ｄθ/dtを得、積分手段（２）によ
り角速度を積分した値を、以前の方位θｏに加えること
により、現在の方位θｒを求める。

そして、このθｒを位置方位検出手段（３）に供給し
てマップマッチングの基礎データとするとともに、マッ
プマッチング手法により求められた方位データθｅを、
上記θｒとともに第１の方位修正手段（４）に入力す
る。

第１の方位修正手段（４）は、θｒとθｅの差分を検
出し、必要ならばこの差分を走行距離にわたって累積す
る。累積するのは、１回のみ検出した差分には種々の要
因による誤差が含まれているから、累積してデータの精
度をよくするためである。

そして差分またはその累積値に基づいて方位θｒを修
正するための修正量ΔΘを算出し、当該修正量ΔΘを積
分手段（２）に供給する。

積分手段（２）は、上記修正量ΔΘに基づき方位を修
正し、この修正された方位をマップマッチングの基礎デ
ータとするべく位置方位検出手段（３）に供給するの
で、マップマッチングの精度を向上させることができ
る。

＜実施例＞ 以下、この発明の実施例を示す添付図面に基づいて詳
細に説明する。

第２図はこの発明の角速度センサの較正装置を組み込
んだ自立航法装置の概略構成を示す。自立航法装置は、 ・コンソール（11）、 ・表示器（12）、 ・地磁気センサ（13）、 ・距離センサ（14）、 ・角速度センサ（15）、 ・道路地図メモリ（10）からデータを読出すメモリドラ イブ（16）、 ・車両の各道路における存在確度を評価し、その評価結 果に応じて、車両位置、方位を求める位置方位検出装 置（17）、 ・所定範囲の道路地図の検索読出し、表示器（12）の駆 動、および位置方位検出装置（17）の制御等の種々の 演算制御を行うナビゲーション・コントローラ（１ ８）、 並びに ・地図データ等を格納している道路地図メモリ（10）、 を有している。

さらに詳細に説明すれば、コンソール（11）は、装置
全体の起動・停止や画面上のカーソル移動、画面上に表
示されている道路地図のスクロール等をさせるキー入力
ボード（図示しない）を有している。

道路地図メモリ（10）は、大容量記憶媒体であるCDRO
M、磁気テープ等が使用可能であり、この道路地図メモ
リ（10）の中には、道路地図をメッシュ状に分割し、各
メッシュ単位で、車両の位置検出のための経路分岐点
（ノード）のデータ（地図データ）を記録している。

表示器（12）には、CRT、液晶パネル等からなり、上
記道路地図の形状を車両位置とともに表示するととも
に、車両の進行方向や目的地までの距離をも表示する。

地磁気センサ（13）は、車両の走行に伴なう方位の絶
対角を検出するものである。

角速度センサ（15）には、光ファイバジャイロを用い
ている。しかし、角速度センサ（15）として振動ジャイ
ロ、機械式のジャイロを用いることも可能である。

距離センサ（14）は、車両の速度、あるいは車輪の回
転数等に基づいて走行距離を検出するものであり、車輪
速センサ、車速センサ等が使用可能である。

ナビゲーション・コントローラ（18）は位置方位検出
装置（17）から車両位置情報を経て、地図上に現在位置
と目的地とを重ねて表示させる機能を有する。具体的に
は、マイクロコンピュータ、図形処理プロセッサ、画像
処理メモリ等から構成され、メニュー画面表示、地図の
検索、縮尺切替、ズームスクロール、車両の現在位置と
方位の表示、目的地や目印となる地点の表示、目的地ま
での方位と距離の表示等を行う。

位置方位検出装置（17）は、距離センサ（14）により
検出される走行距離、および地磁気センサ（13）、角速
度センサ（15）により検出される方位をそれぞれ積算
し、積算データとメモリドライブ（16）により読出した
地図データとの比較に基いて車両位置を算出して、車両
の最終的な位置、方位を出力する。

第３図は、角速度センサ（15）の較正装置の機能ブロ
ック図であり、 ・角速度センサ（15）の回転角速度を検出する角速度検
出手段（21）、 ・単位サンプル時間ごとに角速度を積分して方位角を求
め、これを前のサンプル時刻で得られた方位に加えるこ
とにより、現時点の方位θｒを求める積分手段（22）、 ・積分手段（22）の方位出力θｒ、地磁気センサ（４）
の方位出力、距離センサ（３）の距離出力から得られる
推定位置と地図データとの類似度を繰返し計算し、道路
上における最適車両位置、方位を求める、マップマッチ
ングによる位置方位検出手段（23）、 ・第５図に示す単位走行距離Δｌごとに、積分手段（2
2）からの方位出力θｒと、マップマッチングによる位
置方位検出手段（23）からの推定方位出力もしくは推定
道路の方位（代表してθｅという）とを比較してその差
をとり、差の累積が一定値以上になったとき、積分手段
（22）に対して方位修正出力を出す方位誤差量カウント
手段（24）、 ・車両の走行開始時に、地磁気センサ出力や道路の方位
を用いて初期方位θｏを設定する初期方位設定手段（2
5）、 ・角速度センサ（15）の角速度ドリフト誤差を較正する
ドリフト較正手段（26）、 とからなる。

上記第３図の構成による角速度センサ（15）の較正手
順を第４図を用いて解説する。

まず、ステップS1において、角速度検出手段（21）の
出力ｄθ/dtを求め、ステップS2において一定クロック
タイムΔｔごとに積分し、前に求めた方位θｒ′（初回
の方位はθｏ）に加算して現在方位θｒを求める。

次に、ステップS3において、第５図に示す走行距離Δ
ｌごとの位置li（ｉ＝1,2,…,n）ごとに、マップマッチ
ングによる位置方位検出手段（23）から得られる方位θ
ｅ（li）と上記で求めた方位θｒ（li）との差：θｒ
（li）−θｅ（li）をとり、ステップS4において次式に
より累積する。

累積は、累積値が一定値になるまで続け、一定値以上
になると累積を中断する。

ステップS5において、ΔΘｊ（ｎ）が所定値以上かど
うかを判定し、以上であれば１走行区間Δｌ当たりの誤
差 を求め、積分手段（22）により求めた方位θｒから減算
し、この方位をθｒとして位置方位検出手段（23）に供
給し、マップマッチングを続ける。

ステップS5において、ΔΘｊ（ｎ）が一定値未満であ
れば、ステップS1に戻り、次回以後の走行位置li（ｉ＝
1,2,…,n）について、累積を継続する。

以上のように、角速度センサ（15）の出力と、マップ
マッチングにより求めた方位との差（誤差）の累積値が
所定値より以上になると、その誤差分を積分手段（22）
で求めた方位から減算することにより、常に正しい方位
を得るように角速度センサ（15）を較正することができ
る。

＜発明の効果＞ 以上のように請求項１記載の発明によれば、角速度セ
ンサの出力により得られた方位θｒとマップマッチング
により得られた方位θｅとの差分を検出し、必要ならば
この差分を走行距離にわたって累積し、その差分または
累積値に基づいて方位θｒを修正することにしたので、
角速度センサの較正が自動的かつ正確に行える。そし
て、この修正された方位を以後のマップマッチングの基
礎データとすることができ、マップマッチングの精度が
向上する。

したがって、マップマッチング処理で求める車両の位
置検出精度の低下を防止し、長時間にわたり安定した自
立航法を続けることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は請求項１記載の発明の構成を示すブロック図、 第２図は自立航法装置の全体ブロック図、 第３図は角速度センサの較正装置の一実施例の全体構成
を示すブロック図、 第４図は方位修正処理の流れを示すフローチャート、 第５図は車両の走行軌跡を区分して表わした図である。 （１）……角速度検出手段、（２）……積分手段、 （３）……位置方位検出手段、（４）……第１の方位修
正手段、 （７）……第２の方位修正手段、（13）……地磁気セン
サ、 （14）……距離センサ、（15）……角速度センサ、 （10）……道路地図メモリ、（17）……位置方位検出装
置、 θｒ……積分手段の方位出力、 θｅ……位置方位検出手段の方位出力 ｄθ/dt……角速度

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三藤 邦彦 大阪府大阪市此花区島屋１丁目１番３号 住友電気工業株式会社大阪製作所内 (56)参考文献 特開 平２−110316（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−88312（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−115004（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−258112（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−249012（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−247521（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−109315（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−35312（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】車両に搭載した方位センサと距離センサと
   を用いて車両位置を推定し、当該推定位置と、道路地図
   メモリから得られる道路ネットワークデータとの類似度
   を比較し、その比較結果に基づいて道路上の車両位置、
   方位を検出する位置方位検出手段を有する自立航法装置
   において、 上記方位センサとしての角速度検出センサと、 角速度検出センサの出力信号を基に角速度を求める角速
   度検出手段と、 上記角速度を積分した値を、以前の方位に加えることに
   より現在の方位を求める積分手段と、 積分手段の方位出力θｒと、上記位置方位検出手段の方
   位出力θｅとの差分を検出し、検出した差分またはその
   累積値に基づいて方位出力θｒを修正するための修正量
   を算出し、当該修正量を積分手段に対して供給する第１
   の方位修正手段とを備えることを特徴とする自立航法装
   置に用いる角速度センサの較正装置。