JP3983849B2

JP3983849B2 - ナビゲーション装置

Info

Publication number: JP3983849B2
Application number: JP11481697A
Authority: JP
Inventors: 一嗣金子; 義明松本; 達也岡本; 功遠藤; 裕之須田
Original assignee: Pioneer Corp
Current assignee: Pioneer Corp
Priority date: 1997-05-02
Filing date: 1997-05-02
Publication date: 2007-09-26
Anticipated expiration: 2017-05-02
Also published as: JPH10307036A; EP0875731B1; EP0875731A3; DE69816518T2; DE69816518D1; EP0875731A2

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、自立センサ及びＧＰＳ装置の各出力データを用いて移動体の航行データを得るハイブリッド航法型のナビゲーション装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
地図の道路上の各点を数値化して得られる道路データを含む地図データをＣＤ−ＲＯＭ等の記憶媒体に記憶しておき、車両の現在地及び進行方位を各種センサを用いて検出しつつその現在地を含む一定範囲の地域の地図データ群を記憶媒体から読み出して車両の現在地周辺の地図としてディスプレイ上に映し出すとともに、その地図上に車両の現在地及び進行方位を示す自車位置を自動表示させるナビゲーション装置は公知である。
【０００３】
かかる従来のナビゲーション装置では、車両の加速度や角速度等の航行パラメータを測定するために装置本体に設けられた加速度センサや角速度センサ等の外部からの情報上の支援を受けない自立センサを用いる自立航法と、複数の人工衛星から送信された測位用のデータを受信するＧＰＳ(Global Positioning System)装置を用いるＧＰＳ航法とがあり、自立航法及びＧＰＳ航法は共に長所及び短所を有するのでそれら航法による各測定データを比較して用いるハイブリッド航法が一般的に採用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＧＰＳ装置は複数の人工衛星からの受信データを基にして経度及び緯度や方位の如き車両の航行データを出力するまでの演算処理に比較的長い演算時間（例えば、500ms）を必要とするので、ＧＰＳ装置によるデータ出力時点と測位時点とがかなり時間的に隔たっている。
【０００５】
一方、自立センサによる自立航法では測位時点とセンサ出力時点との時間的差はほとんどない。
よって、ハイブリッド航法の場合には例えば、自立センサの出力データから航行データとして得られる車両の移動速度がＧＰＳ装置の出力データから得られる車両の移動速度と等しくなるように自立センサの出力データを補正する動作を行なうので、自立センサの出力データとＧＰＳ装置の出力データとが同一測位時点のデータでなければ、その補正からは適切な移動速度等の航行データを得ることができない。これに対処するために、従来の装置ではその測位時点の時間差を吸収するために車両の運転状態が定速度にあるように安定しているときを考慮する等の比較的複雑な演算処理をＣＰＵ等の演算手段が行なわなければならないという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、時間差吸収の演算処理をすることなく自立センサ及びＧＰＳ装置の各出力データから高精度の航行データを得ることができるハイブリッド航法のナビゲーション装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のナビゲーション装置は、少なくとも１つの航行データに基づいて、移動体の現在位置を出力するナビゲーション装置であって、前記移動体の航行パラメータを外部からの情報上の支援なく検出し、これを自立データとして出力する自立センサと、複数の人工衛星から送信された測位用のデータを受信し、これをそのまま受信データとして出力するＧＰＳ装置と、前記自立データに基づく演算処理を行い第１航行データを出力する第１航行データ演算処理手段と、前記自立データの測位時点と同一時点における受信データに基づく演算処理を行い第２航行データを出力する第２航行データ演算処理手段と、を含み、前記第１航行データと前記第２航行データとに基づいて新たな航行データを演算する演算手段と、を備えたことを特徴としている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は本発明による車載ナビゲーション装置を示している。この車載ナビゲーション装置においては、車両の航行パラメータを測定するセンサとして加速度センサ１、角速度センサ２、距離センサ３及びＧＰＳ装置４が設けられている。加速度センサ１は車両の加速度を検出し、角速度センサ２は振動ジャイロからなり、車両の角速度を検出し、距離センサ３は車両の走行距離を検出するためのものであり、ＧＰＳ装置４は緯度及び経度情報等から車両の絶対的な位置を検出するために用いられるべき複数の人工衛星からの測位用のデータを示す信号を受信する部分である。ＧＰＳ装置４の構成については後述する。各センサ（装置）の検出出力はシステムコントローラ５に供給される。加速度センサ１としては、例えば圧電素子が用いられる。また、距離センサ３は車両のドライブシャフト（図示せず）の所定角度の回転毎にパルス信号を発生するパルス発生器からなる。このパルス発生器は磁気的に或いは光学的にドライブシャフトの回転角度位置を検出してパルス信号を発生する公知のものである。
【０００９】
システムコントローラ５は各センサ（装置）１〜４の検出出力を入力としＡ／Ｄ（アナログ／ディジタル）変換等の処理を行なうインターフェース６と、種々の画像データ処理を行なうとともにインターフェース６から順次送られてくる各センサ（装置）１〜４の出力データに基づいて車両の進行方向、走行距離、走行方位及び現在地座標（経度、緯度）等の高速演算を行なうＣＰＵ（中央処理回路）７と、このＣＰＵ７の各種の処理プログラムやその他必要な情報が予め書き込まれたＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）８と、プログラムを実行する上で必要な情報の書込み及び読出しが行なわれるＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）９から構成されている。ＲＡＭ９は本ナビゲーション装置の電源断時にもバッテリー（図示せず）の出力電圧を安定化した電圧が供給されて後述の論理等のデータが消滅しないようにバックアップされる。なお、インターフェース６には距離センサ３の出力パルス信号を計数するカウンタ（図示せず）が設けられている。
【００１０】
外部記憶媒体として、読出し専用の不揮発性の記憶媒体としての例えばＣＤ−ＲＯＭが用いられる。なお、外部記憶媒体としては、ＣＤ−ＲＯＭに限らず、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＡＴやＩＣカード等の不揮発性記憶媒体を用いることも可能である。ＣＤ−ＲＯＭには、地図の道路上の各点をディジタル化（数値化）して得られる地図データの他に道路情報としての各道路ユニットの範囲を示す経度及び緯度データ、各道路ユニット間の接続関係データ並びに地点表示パターンデータが予め記憶されている。このＣＤ−ＲＯＭはＣＤ−ＲＯＭドライバー１０によって記憶情報の読み取りがなされる。ＣＤ−ＲＯＭドライバー１０の読取出力はＣＤ−ＲＯＭデコーダ１１でデコードされてバスライン２３に送出される。
【００１１】
ＣＰＵ７は、車両の走行時には、タイマー割込みにより所定周期で加速度センサ１、角速度センサ２、距離センサ３及びＧＰＳ装置４の各出力データに基づいて車両の進行方向、加速度、車速、走行距離、方位を得て、更に車両の現在地の座標データである経度及び緯度データを求め、その現在地点座標を含む一定範囲の地域の地図データをＣＤ−ＲＯＭから収集し、この収集したデータをＲＡＭ９に一時的に蓄えるとともに表示装置１６に供給する。
【００１２】
表示装置１６は、ＣＲＴ等のディスプレイ１７と、Ｖ(Video)-ＲＡＭ等からなるグラフィックメモリ１８と、システムコントローラ５から送られてくる地図データをグラフィックメモリ１８に画像データとして描画しかつこの画像データを出力するグラフィックコントローラ１９と、このグラフィックコントローラ１９から出力される画像データに基づいてディスプレイ１７上に地図を表示すべく制御する表示コントローラ２０とから構成されている。入力装置２１はキーボード等からなり、使用者によるキー操作により各種の指令等をシステムコントローラ５に対して発する。
【００１３】
音響再生装置２５は、ＣＤ−ＲＯＭドライバー１０、又はＲＡＭ９からバスライン２３を介して送出される音声ディジタルデータのＤ／Ａ変換を行なうＤ／Ａコンバータ２６と、Ｄ／Ａコンバータ２６から出力される音声アナログ信号を増幅する増幅器２７と、増幅された音声アナログ信号を音響出力するスピーカ２８とを備えている。
【００１４】
ＧＰＳ装置４は図２に示すような構成を有している。すなわち、ＧＰＳ装置４は、ＧＰＳアンテナ３１、プリアンプ３２及び帯域フィルタ３３からなるアンテナユニット部と、そのアンテナユニット部に図示しないケーブルを介して接続されるＧＰＳ受信部３０と、ＧＰＳ装置４全体のタイミング制御信号である基準周波数信号を出力する水晶発振器３４と、基準周波数信号に基づいてクロック信号を生成するクロック発振回路３５と、信号処理部３６とを備えている。
【００１５】
ＧＰＳ受信部３０は、基準周波数信号に基づいてＧＰＳ衛星の信号搬送波、ＧＰＳ衛星の位置及びＧＰＳ衛星内の時計の状態に関するデータと同じパターンの信号を作り出す周波数合成回路４１と、クロック信号に基づいてＧＰＳ衛星からの測距信号と同じパターンを有するコード信号を生成し出力するコード発生回路４２と、周波数合成回路４１及びコード発生回路４２の出力信号に基づいてＧＰＳ衛星内の時計とＧＰＳ衛星に関するデータ及び搬送波を相関検波するためのデータ及び搬送波検波器４３と、コード信号による測距信号を相関検波するためのコードロック検波器４４とを備えている。信号処理部３６はクロック信号を動作タイミングとしてコード発生回路４２を制御すると共にコード発生回路４２、データ及び搬送波検波器４３及びコードロック検波器４４からの各ＧＰＳ衛星についての検波された測距信号及び時計データを受信データとしてインターフェース６に出力する。ＧＰＳ装置４は、従来のＧＰＳ装置とは異なり、受信データから緯度及び経度、方位等の位置データを演算する演算部を有していない。
【００１６】
ＣＰＵ７においては、車両の進行方位、走行距離等の計算する必要がある計算走行情報を演算するに当たって、自立センサである加速度センサ１、角速度センサ２及び距離センサ３によって検出出力された各自立データを用いる自立演算処理と、ＧＰＳ装置４の出力データを用いるＧＰＳ演算処理とでは次の各例のように同一の測位時点における自立データ及び受信データを用いて行なう。
【００１７】
進行方位を演算する場合には、ＣＰＵ７はシステムコントローラ５内の図示しない手段から生成される動作タイミングを司るクロック信号に同期して図３に示すように、角速度センサ２の出力データをインターフェース６から読み取り（ステップＳ１）、この読み取った角速度センサ２の出力データの測位時点と同一時点におけるＧＰＳ装置４の受信データをインターフェース６から読み取る（ステップＳ２）。読み取った角速度センサ２の出力データに応じて進行方位（以下、ジャイロ進行方位）θ_GYROを演算し（ステップＳ３）、更に、読み取ったＧＰＳ装置４による受信データに応じて進行方位（以下、ＧＰＳ進行方位）θ_GPSを演算する（ステップＳ４）。ジャイロ進行方位θ_GYROの演算方法は例えば、特開平５−１８７８８０号公報に示されている。この演算した各進行方位θ_GYRO及びθ_GPSは互いに誤差を有しているので、次に、ＣＰＵ７はジャイロ進行方位θ_GYROをＧＰＳ進行方位θ_GPSによって補正して進行方位θを算出する（ステップＳ５）。この補正は、次の式（１）に示す計算式によって行なわれる。
【００１８】
【数１】

【００１９】
この進行方位θの算出は、同一測位時点における角速度センサ２の出力データ及びＧＰＳ装置４による受信データに応じてステップＳ３及びステップＳ４においてジャイロ進行方位θ_GYRO及びＧＰＳ進行方位θ_GPSを各々演算する毎に行なわれる。すなわち、演算されたジャイロ進行方位θ_GYRO及びＧＰＳ進行方位θ_GPS各々が所定の時間に亘って安定した値であることを確認することなく、ステップＳ３の進行方位θの算出が実行されるのである。これは、角速度センサ２及びＧＰＳ装置４による同一時点の検出データを用いてジャイロ進行方位θ_GYRO及びＧＰＳ進行方位θ_GPSを各々演算するからである。
【００２０】
次に、距離センサ３の出力パルス信号の１パルス当たり（１パルスの立ち上がりから次のパルスの立ち上がりまで）の走行距離を演算する場合には、ＣＰＵ７はシステムコントローラ５内の動作タイミングを司るクロック信号に同期して図４に示すように、距離センサ３の出力データであるパルス信号を計数するカウンタによるカウント値をインターフェース６から読み取り（ステップＳ１１）、読み取った距離センサ３の出力データの測位時点と同一時点におけるＧＰＳ装置４の受信データをインターフェース６から読み取る（ステップＳ１２）。ＧＰＳ装置４の出力データに応じて移動速度Ｖ_GPSを演算する（ステップＳ１３）。一方、距離センサ３の出力パルス信号のカウント値から単位時間当たりのパルス数Ｐを算出する（ステップＳ１４）。移動速度Ｖ_GPS及びパルス数Ｐを得ると、移動速度Ｖ_GPS及びパルス数Ｐに応じて距離センサ３の１パルス当たりの走行距離αを算出する（ステップＳ１５）。この走行距離αの算出は次の式（２）に示す計算式によって行なわれる。
【００２１】
【数２】
α＝Ｋ・Ｖ_GPS／Ｐ ………(2)
ここで、Ｋは単位の換算係数である。
この１パルス当たりの走行距離αを算出する理由は、車両によって１パルス当たりの走行距離が異なることがあるので１パルス当たりの正確な走行距離αを算出する必要があるためである。このように算出した１パルス当たりの走行距離αに距離センサ３の出力パルス数を計数することにより車両の走行距離を求めることができる。また、この１パルス当たりの走行距離αの算出は、距離センサ３の出力パルスから求められる車両の速度がＧＰＳ装置４の出力データに応じて得られた移動速度Ｖ_GPSに等しくなるように１パルス当たりの走行距離αが式（２）を用いて行なわれるのである。
【００２２】
また、上記のように１パルス当たりの走行距離αの算出は、ＧＰＳ装置４の出力データ及び距離センサ３の出力パルスに応じてステップＳ１３及びステップＳ１４において移動速度Ｖ_GPS及びパルス数Ｐを各々演算する毎に行なわれる。すなわち、ＧＰＳ装置４の出力データから演算された移動速度Ｖ_GPSが所定の複数回連続して所定の偏差内にあること、またパルス数Ｐが所定の複数回連続して所定の範囲内にあることを各々確認することなく、ステップＳ１５の走行距離αの算出が実行されるのである。これは、ＧＰＳ装置４及び距離センサ３による同一の測位時点の検出データを用いて移動速度Ｖ_GPS及びパルス数Ｐを各々演算するからである。
【００２３】
次いで、加速度センサ１をゲイン補正する演算する場合には、ＣＰＵ７はシステムコントローラ５内の動作タイミングを司るクロック信号に同期して図５に示すように、加速度センサ１の出力データをインターフェース６から読み取り（ステップＳ２１）、読み取った加速度センサ１の出力データの測位時点と同一時点におけるＧＰＳ装置４の受信データをインターフェース６から読み取る（ステップＳ２２）。読み取ったＧＰＳ装置４の出力データに応じて移動速度Ｖ_GPSを演算する（ステップＳ２３）。一方、読み取った加速度センサ１の出力データを積分することにより移動速度Ｖ_nを算出する（ステップＳ２４）。この移動速度Ｖ_nの算出方法は後述する。算出した移動速度Ｖ_GPSとＶ_nとが等しくなるように加速度センサ１をゲイン補正係数Ｇk（初期値は１）を算出する（ステップＳ２５）。
【００２４】
加速度センサ１の出力には予めオフセット値ａ_oeが設定されているので、加速度センサ１の出力からのサンプリング値ａ_nからオフセット値ａ_oeを差し引き、更に所定のゲインＧ[m/s²]及びゲイン補正係数Ｇkを乗じてサンプリング時の車両の加速度Ａ_n[m/s²]を算出する。この加速度の算出式を示すと次式（３）の通りである。
【００２５】
【数３】
Ａ_n＝Ｇk・Ｇ・（ａ_n−ａ_oe） ………(3)
サンプリング周期Ｔの間における車両の走行状態を等加速度直線運動と仮定すると、サンプリング時点Ｔ_nにおける車両の速度変化量ΔＶ_n[km/s]は、
【００２６】
【数４】
ΔＶ_n＝（３６００／１０００）・Ａ_n・Ｔ ………(4)
である。ここで、（３６００／１０００）は単位を秒[s]から時間[h]、メートル[m]からキロメートル[km]に変換するための係数である。
サンプリング時点Ｔ_nにおける車両の速度Ｖ_n[km/h]は前回のサンプリング時点Ｔ_n-1における速度Ｖ_n-1とサンプリング時点Ｔ_nにおける車両の速度変化量ΔＶ_nとから式（５）のように求められる。
【００２７】
【数５】
Ｖ_n＝ΔＶ_n＋Ｖ_n-1 ………(5)
ステップＳ２５においては、ＧＰＳ装置４の出力データから得られた移動速度（ＧＰＳ速度）Ｖ_GPSと加速度センサ１の出力データから得られた速度（自立センサ速度）Ｖ_nとを比較することが行なわれる。Ｖ_GPS＞Ｖ_nならば、ゲイン補正係数Ｇkを所定値だけ大きくし、Ｖ_GPS＜Ｖ_nならば、ゲイン補正係数Ｇkを所定値だけ小さくするのである。更に、Ｖ_GPS＝Ｖ_nならば、そのときのゲイン補正係数Ｇkを維持するのである。
【００２８】
この加速度センサ１のゲイン補正は、ＧＰＳ装置４の出力データ及び加速度センサ１の各出力データに応じてステップＳ２３及びステップＳ２４においてＧＰＳ速度Ｖ_GPS及び自立センサ速度Ｖ_nを各々演算する毎に行なわれる。すなわち、演算されたＧＰＳ速度Ｖ_GPS及び自立センサ速度Ｖ_n各々が所定の時間に亘って安定した値であることを確認することなく、ステップＳ２５の比較動作が実行されるのである。これは、ＧＰＳ装置４及び加速度センサ１による同一測位時点の検出データを用いてＧＰＳ速度Ｖ_GPS及び自立センサ速度Ｖ_nを各々演算するからである。
【００２９】
なお、上記した各実施例に限らず、同一の測位時点における自立センサの出力データとＧＰＳ装置による受信データとに基づく航行データ演算処理を行なう場合として例えば、角速度センサ２のゲインを補正する場合がある。この場合には、ＣＰＵ７はシステムコントローラ５内の動作タイミングを司るクロック信号に同期して、角速度センサ２の出力データをインターフェース６から読み取り、角速度センサ２の出力データの測位時点と同一時点におけるＧＰＳ装置４の受信データをインターフェース６から読み取り、角速度センサ２の出力データに応じてジャイロ進行方位θ_GYROを演算し、更に、ＧＰＳ装置４の出力データに応じてＧＰＳ進行方位θ_GPSを演算し、この演算した各進行方位θ_GYROとθ_GPSとを比較してその比較結果に応じてジャイロ進行方位θ_GYROの演算に関係するゲイン補正係数を増減させるのである。
【００３０】
また、上記した実施例において、ＧＰＳ装置４は図２に示した構成を全て有することにしたが、図２の構成のうちのデータ及び搬送波検波器４３とコードロック検波器４４との入力ラインの信号を出力する構成にし、それ以降の信号処理は全てシステムコントローラ５で行なうようにしても良い。
更に、上記した実施例においては、本ナビゲーション装置を車両に搭載した場合について説明したが、その他の移動体に搭載された場合にも本発明を適用することができる。
【００３１】
【発明の効果】
上記したように、本発明のナビゲーション装置によれば、自立センサ及びＧＰＳ装置の測定時点が異なることによる時間差吸収の演算処理をする必要がなくなるので、自立センサ及びＧＰＳ装置の各出力データから高精度の航行データを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示すブロック図である。
【図２】ＧＰＳ装置の構成を示すブロック図である。
【図３】進行方位の演算手順を示すフローチャートである。
【図４】距離センサの１パルス当たりの走行距離の演算手順を示すフローチャートである。
【図５】加速度センサのゲイン補正演算手順を示すフローチャートである。
【主要部分の符号の説明】
１加速度センサ
２角速度センサ
３距離センサ
４ＧＰＳ装置
５システムコントローラ
９ＲＡＭ
１６表示装置
２１入力装置
３０ＧＰＳ受信部

Claims

少なくとも１つの航行データに基づいて、移動体の現在位置を出力するナビゲーション装置であって、
前記移動体の航行パラメータを外部からの情報上の支援なく検出し、これを自立データとして出力する自立センサと、
複数の人工衛星から送信された測位用のデータを受信し、これをそのまま受信データとして出力するＧＰＳ装置と、
前記自立データに基づく演算処理を行い第１航行データを出力する第１航行データ演算処理手段と、
前記自立データの測位時点と同一時点における受信データに基づく演算処理を行い第２航行データを出力する第２航行データ演算処理手段と、を含み、
前記第１航行データと前記第２航行データとに基づいて新たな航行データを演算する演算手段と、を備えたことを特徴とするナビゲーション装置。
前記演算手段は、前記第１及び第２航行データを同期させて出力することを特徴とする請求項１に記載のナビゲーション装置。
前記第１航行データを前記第２航行データによって補正することを特徴とする請求項１又は２記載のナビゲーション装置。
前記第１及び第２航行データ演算処理手段は同一のＣＰＵ（中央演算回路）からなることを特徴とする請求項１又は２記載のナビゲーション装置。
前記自立センサは前記移動体の航行パラメータとして角速度を検出する角速度センサであり、前記第１航行データ演算処理手段によって得られた第１航行データと前記第２航行データ演算処理手段によって得られた第２航行データとは共に前記移動体の進行方位を示し、前記演算手段は、前記第１航行データ演算手段によって得られた進行方位を前記第２航行データ演算手段によって得られた進行方位で補正する補正手段を有することを特徴とする請求項１又は２記載のナビゲーション装置。
前記自立センサは前記移動体の航行パラメータとして所定走行距離毎にパルス信号を発生する距離センサであり、前記パルス信号に基づいて前記第１航行データ演算処理手段によって得られた第１航行データと前記第２航行データとに基づいて前記パルス信号の１パルス当たりの走行距離を算出することを特徴とする請求項１又は２記載のナビゲーション装置。
前記演算手段は、前記第１航行データ演算処理手段によって得られた第１航行データと前記第２航行データ演算処理手段によって得られた第２航行データとに基づいて前記自立センサのゲインを補正することを特徴とする請求項１又は２記載のナビゲーション装置。
前記自立センサは前記移動体の航行パラメータとして加速度を検出する加速度センサであることを特徴とする請求項１又は７記載のナビゲーション装置。