JP3030866B2 - 重力式加速度計の零点補正装置 - Google Patents
重力式加速度計の零点補正装置Info
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Description
を算出する際に用いられる重力式加速度計に関し、更に
詳述すれば、かかる重力式加速度計の零点補正装置に関
する。
て、スリップ又はスピン算出の基礎である車体速度の推
定、及びタイヤと路面の間の摩擦係数の推定は、制御性
能を直接左右する重大な要素である。タイヤ路面間の摩
擦係数の推定は、制御中に到達した車体加速度の推定値
から算出するのが普通であり、車体加速度の推定値は車
体速度の推定値に基づいて算出される。従って、車輪挙
動制御装置の性能は車体速度の推定精度に大きく依存し
ている。
定するのでは車輪に過大なスリップ又はスピンが起ると
著しく推定精度が悪くなる。
る加速度と、車輪速度との両者の情報に基づいて、推定
車体速度及び推定車体加速度を求めれば、推定精度を著
しく高めることができる。加速度計としては、一般に重
力式加速度計が用いられている。
が示されているように、加速により生じた振動子Fの変
位量を抵抗体やピエゾ素子,差動トランス等を用いて電
気信号に変換し、加速度を検出する構成を有するが、取
付精度の影響や電気的なドリフト、ゲイン変動といっ
た、やや長期的な変動のみならず、原理上、路面傾斜の
影響が避けられない。
を使用する場合は、路面傾斜補正を含めた零点補正や感
度補正をいかに行うかが重要な課題となる。
め、本発明の重力式加速度計の零点補正装置は、単位演
算サイクル毎に、車両の少なくとも一つの車輪の回転速
度を計測して、車輪速度を出力する手段と、車輪速度よ
り推定した推定車体加速度Awを出力する手段と、重力
式加速度計に基づいて加速度Amを計測し出力する手段
と、重力式加速度計の出力Amにサイクル毎に求めた可
変の補正量Aoを加え若しくは減ずる事により補正後の
重力式加速度計による加速度Acを出力する手段と、車
輪速度からの推定車体加速度Awと補正後の重力式加速
度計による加速度Acの差に補正量の修正速度k(0<k<
1)を乗じた値を前回サイクルで求めた補正量Aoに加え
若しくは減ずる事により今回サイクルの補正量Aoを出
力する手段とから成ることを特徴とする。
後の重力式加速度計から求めた加速度Acの差を求め、
この差に修正速度kを乗じた値を前回サイクルで求めた
補正量に加え若しくは減ずる事により今回サイクルの補
正量Aoを出力し、この補正量を用いて、今回サイクル
又は次回サイクルの重力式加速度計から求めた加速度A
mを補正する。
の具体的構成の説明に入る前に、重力式加速度計の零点
補正の原理について説明する。
加速を加えながら坂道を下った後、ブレーキによる減速
を伴いながら坂道を上る様子を示している。
る向きに停止している場合でも振動子Fは重力の影響を
受けて前方に変位する。さらにこの図のようにエンジン
による加速を伴って坂道を下っている場合は、振動子F
は重力Gにより前方に変位すると共にエンジン加速によ
り後方に変位しようとするため重力式加速度計の出力は
実際の車体加速度より小さな値を示す事になる。従って
重力式加速度計が傾くことにより重力の影響を受け振動
子Fが変位した分だけ零点位置を負方向に移動させる必
要がある。
Aw、重力式加速度計の出力をAm、重力式加速度計の零
点補正量をAo、補正後の重力式加速度計による加速度
をAcとする。なお、Aw,Am,Ao,Acの単位は重力加速
度と単位演算サイクルの積とする。
合、図6(a)に示すように重力式加速度計の出力Amは車
輪速度に基づく推定車体加速度Aw(今Awが真の車体加
速度を示していると仮定する。)より小さな値を有する
ことになる。
振動子Fの零点位置の変位量に相当する。そこで、補正
量Aoが△Aになるようにすれば、補正後の値Ac=Am
−AoはAwと一致するようになる。すなわちAwが真の
車体加速度を示しているときはAoが△A=Am−Awに
限りなく接近するようにすればよい。そこで、図6(b)
に示すとおりこの差△Aに近づく様にフィルタ計算によ
り△Aを追随させた値Aoを零点補正値として用いれ
ば、すなわち、 Ao → Am − Aw (1) とすれば、重力式加速度計の出力Amから零点補正値Ao
を差引くことによって図6(c)のように正確な車体減速
度Acが求まる。すなわち、重力式加速度計出力の補正
式は Ac = Am − Ao (2) である。坂道を減速しながら上る場合も同様である。
プ又はスピンの起っていない時は車輪速度から推定した
車体加速度に信頼性があると判断し、その値を推定車体
加速度として採用すると共に、その値に基づいて零点補
正量の修正を進める一方、過大なスリップ又はスピンが
起っている時は車輪速度から推定した車体加速度に信頼
性がないと判断し、その時の補正値を用いて重力式加速
度計から求めた加速度を推定車体加速度として採用する
と共に零点補正量の修正を抑制することを主眼とする。
ていない時はAcがAwに近づくように、即ち、式(1)に
示すように、AoがAm−Awに近づくようにAoを変化さ
せてやれば良い。
として、 とし、過大なスリップ又はスピンの起っていないらしい
時はkを大きく(1に近く)、過大なスリップ又はスピン
の起っているらしい時はkを小さく(0に近く)すること
を意味する。kは一回の演算サイクル毎の修正量を規定
するので、一定の修正速度を得るkの値の大きさは単位
演算サイクルの長さで変わってくる。
ければ、全く同じ事を と書く事も出来る。
度計に対する零点補正量Aoは、前回サイクルの補正量
Aoから、補正後の重力式加速度計による加速度Acと車
輪速度に基づく推定車体加速度Awとの差に、補正量の
修正速度k(0<k<1)を掛けたものを加算した値で表わ
される。従って、前回と今回のサイクルの補正値Aoの
差dAoは修正量として次式(4)で表わされる。 dAo = (Ac − Aw)*k (4)
量の修正速度kの設定法についてその原則を説明する。
スピンが起っている時と、路面傾斜と加減速度の組合せ
であたかも過大なスリップ又はスピンが起っていると見
える時をどう識別するかが問題である。後者はあらゆる
組合せが起こり得るので、次に説明する前者の特徴を捉
えてその特徴が顕著でない時は後者であると判別する構
成をとる。
は、重力式加速度計の出力加速度Amがあまり変化しな
いが、車輪速度に基づく推定車体加速度Awは急激に変
化して大きな絶対値に到達する。これを第1の特徴とす
る。
している時はAmは殆ど変化せずAwもあまり大きく変化
しないので特徴が掴み難い。この場合は過大なスリップ
又はスピンが起り始める前を起点としてAm及びAwを積
分し、その差が経過時間対比で充分大きくなる。これを
第2の特徴とする。加減速度を積分するとは、推定速度
を求める事に相当する。但し、第2の特徴を用いる場合
は一旦誤判断するとその誤りが拡大されて行く危険を孕
んでいるので充分注意する必要がある。
Awの微分値dAm,dAwをそれぞれ縦横軸にとったマップ
上の等高線としてkを定めることが出来る。このマップ
の一例を図7に示す。マップ上で45度線に近い部分は
AmとAwがほぼ同じ挙動を示しており、過大なスリップ
又はスピンが起こっていない部分なので補正量の修正速
度kを大きく(1に近く)設定する。但し同じ45度線上
でも原点に近い部分は挙動が定かでなく、原点から離れ
るにつれてその特徴が顕著になるので、原点付近は補正
量の修正速度kを中位にし、原点から離れるにつれて補
正量の修正速度kを大きく設定する。横軸に近い部分は
Amの変化が小さい(すなわち変化が遅い)ので、この領
域でかつ、|dAw|が大きい(Awの変化が大きい、す
なわち変化が速い)場合は、過大なスリップ又はスピン
が起こりかけている又は起こっていると判断し、補正量
の修正速度kを小さく設定する。縦軸に近くかつ、|dA
m|の大きい部分は停止後のピッチング時やスタート直
後に起こり易いのでやはり補正量の修正速度kを小さく
設定する。この判断においては、|dAw|が小さい事を
判断要素とするよりも、むしろ車輪からの推定車体速度
Vw自体の絶対値が小さい又は0である事を判断要素と
することも可能である。図7に示すようなマップを用い
れば、全ての条件について補正量の修正速度kを設定す
ることができる。
な数式で演算する事も出来るし、適当な数値テーブルと
して与える事も出来る。数値テーブルの場合は、等高線
は横軸の平行線と縦軸の平行線とでなる折れ線の組合せ
で構成される。直接数式で求めれば直線曲線任意の等高
線が得られる。実施例においては、補正量の修正速度k
は、k=f(x,y)と一般化して表現される。
用上支障が無い場合は絶対値表現を取ることによりマッ
プを小型化することが出来る。例えば図8の様にk=f
(|x|,|y|)としても近似精度が充分あるならばマッ
プの大きさは1/4になる。
が大きいと考える場合は、簡略法として(Am−Aw)の微
分値1つを求めることで、ある程度の近似判断をする事
も可能である。これはマップに直すと図9のようになり
45度線に対する平行線だけで考えている事に相当す
る。これを更に絶対値表現にすることも出来る。
の出力値Amは路面傾斜や電気的ドリフトによる零点変
動を含んでおり、出力値の絶対値が小さい事が真の加速
度の絶対値が小さい事に直結しないからである。Amの
代わりに補正後の値Acを使う事も考えられるが、この
場合正しく補正されている時は良いが、補正が狂ってい
ると、場合によっては益々大きく狂って行く事があり得
る。従ってAmの方は微分をとる方が好ましい。
うな問題点は無いから、マップの一方の軸をAwの微分
値でなくAwそのものとすることは可能である。この場
合は45度線の物理的意味は全くなくなる。図10に一
方の軸をAwとした場合の補正量の修正速度kの値の例を
示す。又、AwとdAwを併用することも可能である。Aw
とdAwを併用することは横軸dAwのマップの値をAwに
よって可変とする、又は横軸Awのマップの値をdAwに
よって可変とすることと等価である。これは更に一般的
にK=f(dAm,dAw,Aw)と表現することも出来る。
値が大きい事が示唆される時は補正量の修正速度kを小
さく、即ち補正速度を遅くせざるを得ない。従ってこの
場合は、後で述べる感度の補正は困難になる。
大きな絶対値を持ちながら振動的な挙動を示すことがあ
る。この場合、値が一時的に0を通過する時、絶対値が
小さいと判断されて意図と異なるk値を設定してしまう
ことがある。これを避けたいならば変数の1回の変化幅
(微分相当値)が大きい時は変数の絶対値が大きいものと
して処理する事が出来る。具体的には前回サイクルで得
られた値との差即ち変化幅の絶対値に適当な定数を掛け
たものと変数自体の絶対値の和を取るか、或いは何れか
大きい方を取る様にすればよい。
時、使用する諸数値にどのようなフィルターがかかって
いるかに注意する必要がある。特に微分演算を行う時は
ノイズが大きくなるので何等かのフィルター演算を伴う
場合が多いからである。フィルターはたとえ数式上のフ
ィルターであっても、単に遅れを伴うだけでなく特定周
期のノイズを共振的に拡大する場合が有り得る。
値としては、過大なスリップ又はスピンが起っているら
しい時は小さく(0に近く)、過大なスリップ又はスピン
が起っていないらしい時は大きく(1に近く)設定する。
体の加減速の組合せで、Kの設定に若干の誤判断が含ま
れることは避け難い。従って(4)式で得られたdAoの値
の絶対値に上下限を設定して一回の修正巾をある範囲に
限定することが望ましい。
でも、その絶対値が大きい時は、零点修正量の修正速度
kの値が小さくなるよう設定すれば、たとえ重力式加速
度計の感度が狂い、かつ、加速度の絶対値が大きくなっ
ても、零点補正量の変化を小さな値に抑えておくことが
可能となる。
度をs、補正配分率をa,bとし、感度補正後の重力式加速
度計による加速度をAccとすると、 Acc = (Am − Ao)*s (5) となる。ここでAoは近似的に Ao = Ao − (Aw − Acc)*k*a (6) の関係が得られる。又、感度sは、次式(7)により求め
る。 s = s + (Aw − Acc)*k*b (7) bの値は、前回のサイクルで得た補正後の重力式加速
度計による加速度Accの絶対値が大きい時は大きく、A
ccの絶対値が小さい時は小さく設定すれば良い。aの値
は、同Accの絶対値が大きい時は小さく、Accの絶対値
が小さい時は大きくするのが自然であり、例えばa=1
−bとする事が出来る。しかし、常にa=1とする事も出
来る。感度補正を併用する場合は補正量の修正速度kの
値をAccで変える必要は無くなるが、既に述べたように
kの設定基準としてAmのみならずAwに対しても微分値
を用いる必要がある。
11を例に説明する。bを縦軸、Accを横軸にとった
時、b=|Acc|で示される直線L1よりも下に凸な曲
線、例えばb=Acc2で示される曲線L2の方が望まし
い。Accが重力加速度Gの単位で表示されている時は、
ここで表わした式が用いられる。しかし、Gの単位で表
わさない場合は、比例定数を用いる必要がある。又、図
に示すような折れ線L3を用いても良い。これは加速度
の絶対値が中程度以下の時は感度補正は殆ど行わず、加
速度の絶対値が非常に大きい時だけ感度補正配分率を大
きくするのが望ましいからである。
mの微分値、Awの微分値及びAcの関数として一つの数
値で求め乗算を省略する事が出来る。
傾斜の影響があるので、零点補正は必要であるのに対
し、重力式加速度計の出力が正確であれば、感度補正は
不要になる。更に通常走行中に加速度の絶対値が充分大
きくなる機会は稀であるので感度補正が必要かどうかは
使用する重力式加速度計の感度の精度に応じ、精度が低
い場合のみ用いればよい。
る前を起点としてAm及びAwを積分し、その差が経過時
間対比で充分大きい事という第2の特徴を用いる場合に
ついて述べる。
求める理由は、過大なスリップ又はスピンが起っていな
いと判断している間は車輪速度から推定した車体速度を
推定車体速度として採用しても推定値に大きな誤差は生
じないが、過大なスリップ又はスピンが起り始めたと判
断した場合、車輪速度から推定した車体速度を用いれ
ば、推定値に大きな誤差が生ずるので、この場合は、重
力式加速度計から推定した車体速度を推定車体速度とし
て採用する事を可能とするためである。
の重力式加速度計の加速度をそのまま使うのは危険であ
るので、適当な安全率を見込んでこの安全率分だけ車輪
速度から推定した車体加速度寄りに推定するのが一般で
ある。過大なスリップ又はスピンが収って来ると両推定
速度が交差し、以後再び車輪速度から推定した車体速度
を採用する。
度の方が推定車体速度として採用されている期間は、補
正量の修正速度kを小さめに設定したり、両推定速度の
差が一定値以上の時補正量の修正速度kを小さめに設定
したり、両推定速度の差に応じて補正量の修正速度kを
小さく設定する等の手段を取る事が出来る。
するとその誤りが拡大されて行く危険を孕んでいるので
充分注意する必要がある。前述した零点補正量修正量d
Aoの絶対値制限に下限値をも設けたのはこのためであ
る。
アンチロック制御装置に組み込んだ場合の実施例につい
て説明する。
図を示し、1〜4はそれぞれ4つの車輪の回転を検出す
る車輪速センサ、5は重力式加速度計、6は車輪速セン
サからの信号に基づき四輪それぞれの車輪速度を計算す
る車輪速度計算装置、7は四輪の車輪速から最高速や最
低速あるいは平均速等を状況に応じて選択する車輪速度
選択装置、8は選択した車輪速度に基づいて推定した車
体加速度Awを計算する推定車体加速度計算装置、9は
加速度計の零点補正を行なう際の補正量の修正速度k(時
間遅れ)を設定する加速度計零点補正量修正速度設定装
置、10は上述した式(4)の加速度計零点補正修正量d
Ao=(Ac−Aw)*kを計算する加速度計零点補正修正量
算出装置、11はかかる修正量dAoが所定の許容範囲内
にあるか否かを判断し、許容範囲内にある場合はdAo=
(Ac−Aw)*kを採用する一方、許容範囲外にある場合
は、修正量dAoは上限値又は下限値を採用するように構
成した加速度計零点補正修正量限定装置、12は上述し
た式(3)に基づき零点補正量Aoを算出する加速度計零
点補正量設定装置、13は上述した式(2)に基づき補正
後の重力式加速度計による加速度Acを算出する加速度
計零点補正装置、14は重力式加速度計による加速度A
c又は車輪速度選択装置7から得られる車輪速度のいず
れかに基づいて推定車体速度を算出する推定車体速度計
算装置、15は推定車輪速度Vwに基づいて車輪のロッ
ク兆候を判別し、アンチロック制御信号を出力するアン
チロック制御判断装置、16−19はそれぞれアンチロ
ック制御信号に基づいてブレーキ油圧を制御するソレノ
イドに送る信号を出力するソレノイド指令出力、及び2
0−23はそれぞれソレノイドを駆動するアクチュエー
タである。なお、アンチロック制御装置15には、推定
車輪速度Vwの他、車輪速度計算装置6からの車輪速度
や、加速度計零点補正装置13からの加速度Ac等が入
力される。
いて、図2のフローチャートを参照しながら説明する。
読み込み、ステップ#2において車輪速度を車輪速セン
サ1〜4からの出力に基づいて計算する。
ステップ#4でこれに基づいて推定車体加速度Awを計
算する。
出力加速度Am及び車輪速度に基づく推定車体加速度Aw
の微分値dAm,dAwを計算する。ステップ#6におい
て、かかる微分値dAm,dAwを用いて補正量の修正速度k
を、例えば図7で表わされる関数に基づいて、出力す
る。
て、補正後の重力式加速度計による加速度Acを計算す
る。車輪が過大なスリップ又はスピンを起していると判
断されている期間は、この重力加速度計による加速度A
cが、車輪速度に基づく推定車体加速度Awに置き替えて
採用される。なお、ステップ#7の計算において使用さ
れる補正値Aoは、前回のサイクルにおいて求めた補正
値が用いられる。
ルにおいて用いられる零点補正量Aoを計算するための
フローである。
て、補正量Aoの修正量dAoを計算する。
値|dAo|が所定の下限値Dminより大きいか小さいか
が判断され、小さい場合は、ステップ#10へ進み、更
に修正量dAoが正であるか負であるかが判断され、正の
場合は、正の下限値Dminを修正量dAoとして置き替え
る(ステップ#11)一方、負の場合は、負の下限値−D
minを修正量dAoとして置き替える(ステップ#12)。
が所定の下限値Dminより大きいと判断された場合は、
ステップ#13へ進み、更に|dAo|が所定の上限値D
maxより大きいか小さいかが判断される。小さい場合
は、修正量dAoは置き替えられることなく、そのままの
値が用いられ、ステップ#17へと進む。
より大きいと判断された場合は、ステップ#14で修正
量dAoが正であるか負であるかが判断され、正の場合
は、正の上限値Dmaxを差dAoとして置き替える(ステッ
プ#15)一方、負の場合は、負の上限値−Dmaxを修正
量dAoとして置き替える(ステップ#16)。
8で計算された修正量dAoを、そのままの値又はステッ
プ#11,#12,#15,#16で置き替えられた値を
用いて、前回のサイクルで求めた補正量Aoに修正量dA
oを引き算して、補正量Aoを更新する。
更に重力式加速度計の感度補正装置を加えた実施例につ
いて説明する。
率(a,b)設定装置24及び加速度計感度補正量設定装置
25が加わっている。又、26は、第1図の加速度計零
点補正装置に相当するもので、感度補正機能も具えた加
速度計の感度及び零点補正装置である。
プ#7,#8が図3のフローチャートと異なっていると
共に、ステップ#18が追加されている。
補正値Ao及び感度sを用いて式(5)により感度補正後の
重力式加速度計による加速度Accを計算する。
L2を記憶したテーブルから補正配分率a,bを特定し、
補正値Aoの修正量dAoを次式(8) dAo = (Aw − Acc)*k*a (8) から求める。
を用いて計算し、次のサイクルのステップ#7におい
て、感度補正後の重力式加速度計による加速度Accの計
算に用いられる。
についても、ステップ#9〜#15と同様なステップを
追加し、上限値と下限値の間で感度sの変化幅を限定す
るようにしてもよい。
式加速度計の零点補正装置は、重力式加速度計の取付精
度や電気的なドリフト,ゲイン変動といったやや長期的
な変動のみならず、路面傾斜の影響を受けても、速やか
に零点補正や感度補正を行なうことができるので、精度
の高い加速度を得ることが可能となり、より正確な車両
の制御を行なうことが可能となる。
を備えたアンチロック制御装置の第1実施例のブロック
図、
チャート、
に感度補正装置を加えた第2実施例のブロック図、
チャート、
示した説明図、
グラフ、
したグラフ、
で表わしたグラフ、
の関係を表わしたグラフ。
Claims (9)
- 【請求項1】 単位演算サイクル毎に、車両の少なくと
も一つの車輪の回転速度を計測して、車輪速度を出力す
る手段と、車輪速度より推定した推定車体加速度Awを
出力する手段と、重力式加速度計に基づいて加速度Am
を計測し出力する手段と、重力式加速度計の出力Amに
サイクル毎に求めた可変の補正量Aoを加え若しくは減
ずる事により補正後の重力式加速度計による加速度Ac
を出力する手段と、車輪速度からの推定車体加速度Aw
と補正後の重力式加速度計による加速度Acの差に補正
量の修正速度k(0<k<1)を乗じた値を前回サイクルで
求めた補正量Aoに加え若しくは減ずる事により今回サ
イクルの補正量Aoを出力する手段とから成ることを特
徴とする重力式加速度計の零点補正装置。 - 【請求項2】 該補正量の修正速度kは、重力式加速度
計の出力Amの微分値dAmと車輪速度に基づく推定車体
加速度Awの微分値dAwで構成されるマップ上の値k=f
(dAm,dAw)により出力する手段から得られることを特
徴とする請求項第1項記載の重力式加速度計の零点補正
装置。 - 【請求項3】 該補正量の修正速度kは、重力式加速度
計の出力Amの微分値dAmと車輪速度に基づく推定車体
加速度Awで構成されるマップ上の値k=f(dAm,Aw)に
より出力する手段から得られることを特徴とする請求項
第1項記載の重量式加速度計の零点補正装置。 - 【請求項4】 該補正量の修正速度kは、重力式加速度
計の出力Amと車輪速度に基づく推定車体加速度Awの差
の微分値d(Am−Aw)よりk=f(d(Am−Aw))として出力
する手段から得られることを特徴とする請求項第1項記
載の重力式加速度計の零点補正装置。 - 【請求項5】 上記補正量の修正速度kを出力する手段
の関数形fが、各変数の絶対値から補正量の修正速度k
を算出する如く構成されていることを特徴とする請求項
第2項ないし第4項記載の重力式加速度計の零点補正装
置。 - 【請求項6】 上記補正量の修正速度kを出力する手段
の関数形fが、重力式加速度計の出力Amの変化と車輪
速度に基づく推定車体加速度Awの変化の挙動が類似し
ている時はkをlに近い値、又重力式加速度計の出力A
mの変化が緩やかで車輪速度に基づく推定車体加速度A
wの変化が激しい時はkを0に近い値で出力するように
構成されていることを特徴とする請求項第2項ないし第4
項記載の重力式加速度計の零点補正装置。 - 【請求項7】 上記補正量Aoを出力する手段は、前回
サイクルで求めた補正量Aoに加え若しくは減ずるべき
値を、その絶対値が一定の上限値を越える場合は上限値
に限定し、その絶対値が一定の下限値に満たない場合は
下限値に限定する手段を有することを特徴とする請求項
第2項ないし第4項記載の重力式加速度計の零点補正装
置。 - 【請求項8】 上記補正後の重力式加速度計による加速
度Acを出力する手段は、重力式加速度計の出力Amに補
正量Aoを加え若しくは減じた後、感度sを乗ずる事によ
り補正後の加速度計による加速度Accを出力する手段を
有する一方、 上記補正量Aoを出力する手段は、車輪
速度に基づく推定車体加速度Awと補正後の加速度計に
よる加速度Accとの差に補正量の修正速度kを乗じた値
に更に感度補正配分率bを乗じた値を、前回サイクルで
求めた感度sに加える事により今回サイクルの感度sを出
力する手段を有することを特徴とする請求項第2項又は
第4項記載の重力式加速度計の零点補正装置。 - 【請求項9】 上記補正量の修正速度kを出力する手段
は、スリップ又はスピンが発生し車輪速度から推定した
車体速度と重力式加速度計から推定した車体速度の差が
大きい時kを0に近い値に設定する手段を有することを
特徴とする請求項第2項又は第4項記載の重力式加速度
計の零点補正装置。
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