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JP2015004593A - Navigation device - Google Patents

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JP2015004593A
JP2015004593A JP2013130182A JP2013130182A JP2015004593A JP 2015004593 A JP2015004593 A JP 2015004593A JP 2013130182 A JP2013130182 A JP 2013130182A JP 2013130182 A JP2013130182 A JP 2013130182A JP 2015004593 A JP2015004593 A JP 2015004593A
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acceleration
angle
yaw
axis
unit
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JP2013130182A
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Japanese (ja)
Inventor
忠富 石上
Tadatomi Ishigami
忠富 石上
淳志 前田
Atsushi Maeda
淳志 前田
将智 藤井
Masatomo Fujii
将智 藤井
宏和 千代延
Hirokazu Chiyonobu
宏和 千代延
浩平 藤本
Kohei Fujimoto
浩平 藤本
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a navigation device capable of detecting a fitting angle in yaw direction with high accuracy by using a monoaxial acceleration sensor and a monoaxial speed sensor.SOLUTION: A fitting angle detection history creation unit 20 creates a most recent history for a predetermined number of sets, one set consisting of a measured value of acceleration measured by an acceleration measurement unit 16 and an estimated value of acceleration estimated by an acceleration estimation unit 17. A yaw direction fitting angle detection unit calculates, on the basis of the created history for each set, a standard deviation of a difference between the estimated value of acceleration and the measured value of acceleration for each angle for which the estimated value of acceleration is calculated, and calculates, as a fitting angle in yaw direction, an angle used in the calculation of imparting an estimated value of acceleration in which the standard deviation of difference is minimized. The fitting angle detection history creating unit 20 may create the history using, as one set, the measured value of acceleration, the speed and forward/backward acceleration measured by a distance measurement unit 14, and a yaw angle measured by a yaw angle measurement unit 15.

Description

本発明は、移動体に搭載され、現在地から目的地までの経路案内などを行うナビゲーション装置に関する。   The present invention relates to a navigation device that is mounted on a mobile body and performs route guidance from a current location to a destination.

ナビゲーション装置は、たとえば自動車などの車両に搭載され、表示画面に表示される道路地図上で、車両の位置表示および現在地から目的地までの経路案内などを行う。道路地図上で車両の位置表示を行うにあたっては、全地球測位システム(Global Positioning System;略称:GPS)と各種センサとを用いて、車両の姿勢角および慣性力などが計測または観測される。そして、マップマッチングと呼ばれる処理によって、地図データの道路リンク上で車両の位置の更新が行われる。   The navigation device is mounted on a vehicle such as an automobile, for example, and displays the position of the vehicle and route guidance from the current location to the destination on a road map displayed on the display screen. When displaying the position of a vehicle on a road map, the attitude angle, inertial force, etc. of the vehicle are measured or observed using a global positioning system (abbreviation: GPS) and various sensors. Then, the position of the vehicle is updated on the road link of the map data by a process called map matching.

ナビゲーション装置は、筐体が傾斜して車両に取付けられることがある。筐体が傾斜して取付けられると、角速度センサおよび加速度センサなどの各センサの検知軸も傾斜する。角速度センサおよび加速度センサを用いて、姿勢角および慣性力などを正確に計測するためには、検知軸が傾斜した角速度センサおよび加速度センサの特性を考慮する必要がある。   The navigation device may be attached to a vehicle with a case tilted. When the housing is mounted with an inclination, the detection axes of the sensors such as the angular velocity sensor and the acceleration sensor are also inclined. In order to accurately measure the posture angle, inertial force, and the like using the angular velocity sensor and the acceleration sensor, it is necessary to consider the characteristics of the angular velocity sensor and the acceleration sensor whose detection axes are inclined.

また、車両の位置、姿勢角および慣性力などを航法演算によって求めるためには、それらを表現する直交3軸座標系を決める必要がある。特に、ナビゲーション装置の筐体が、予め定める取付角で傾斜して車両に設置される場合には、車両の姿勢角および慣性力を表現する複数の座標系を定義し、各座標系の間でセンサ計測値などを変換する必要がある。   Further, in order to obtain the vehicle position, posture angle, inertial force, and the like by navigation calculation, it is necessary to determine an orthogonal three-axis coordinate system that expresses them. In particular, when the casing of the navigation device is installed in a vehicle inclined at a predetermined mounting angle, a plurality of coordinate systems that express the attitude angle and inertial force of the vehicle are defined. It is necessary to convert sensor measurement values.

センサ計測値の変換を行うにあたっては、基準とする座標系から別の座標系へ移るときに、基準座標系に対する回転を用いる方法が提案されている。この回転は、X,Y,Zの各軸に対する回転角であるロール方向、ピッチ方向およびヨー方向の各回転角で表される。   In converting sensor measurement values, there has been proposed a method of using rotation with respect to a reference coordinate system when moving from a reference coordinate system to another coordinate system. This rotation is represented by rotation angles in the roll direction, the pitch direction, and the yaw direction, which are rotation angles with respect to the X, Y, and Z axes.

座標系のX,Y,Z軸の定義は複数提案されている。たとえば、後述する図2に示す車体座標系(Body-Frame)では、車体10の前後方向に延びる軸をX軸といい、車体10の左右方向であって、車体10の前後方向に直交する方向に延びる軸をY軸といい、車体10の上下方向であって、車体10の前後方向および左右方向に直交する方向に延びる軸をZ軸という。 A plurality of definitions of the X, Y, and Z axes of the coordinate system have been proposed. For example, in the vehicle body coordinate system shown in FIG. 2 to be described later (Body-Frame), the axis extending in the longitudinal direction of the vehicle body 10 is called the X B axis, a lateral direction of the vehicle body 10, perpendicular to the longitudinal direction of the vehicle body 10 an axis extending in a direction called the Y B axis, a vertical direction of the vehicle body 10, the axis extending in the direction perpendicular to the longitudinal direction and the lateral direction of the vehicle body 10 of Z B axis.

また、後述する図3に示すセンサ座標系(Sensor-Frame)では、X,Y,Z軸(以下、それぞれ、X軸,Y軸,Z軸という場合がある)は、車体座標系のX,Y,Z軸、すなわちX軸、Y軸、Z軸に対して、ロール方向、ピッチ方向、ヨー方向の各取付角θr、θp、θyで傾斜している。 Further, in the sensor coordinate system shown in FIG. 3 to be described later (Sensor-Frame), X, Y, Z -axis (hereinafter, respectively, X S axis, Y S axis, there is a case that Z S axis), the vehicle body coordinate system the X, Y, Z-axis, i.e. X B-axis, Y B axis, with respect to Z B axis, the roll direction, the pitch direction, the yaw direction of the mounting angle [theta] r, theta] p, are inclined at [theta] y.

各軸方向のセンサを用いて、ナビゲーション装置の取付角が検出される(たとえば、特許文献1〜4参照)。たとえば、特許文献1に開示される技術では、後述する図2および図3に示す座標系と同じ車体座標系およびセンサ座標系が使用される。特許文献1に開示される技術では、少なくとも2軸の加速度センサと、2軸の角速度センサとが用いられる。2軸の角速度センサは、センサ座標系のX軸の角速度であるロール角速度と、Z軸の角速度であるヨー角速度とを検出する。 The mounting angle of the navigation device is detected using sensors in the respective axial directions (see, for example, Patent Documents 1 to 4). For example, the technique disclosed in Patent Document 1 uses the same vehicle body coordinate system and sensor coordinate system as those shown in FIGS. 2 and 3 described later. In the technique disclosed in Patent Document 1, at least a biaxial acceleration sensor and a biaxial angular velocity sensor are used. The angular velocity sensor of biaxial detects a roll angular velocity is an angular velocity of the X S axis of the sensor coordinate system, and a yaw rate is the angular velocity of the Z S axis.

特許文献2に開示される技術では、後述する図2および図3に示す座標系と異なる車体座標系およびセンサ座標系が使用される。特許文献2に開示される技術では、2軸の加速度センサと、1軸、具体的にはZ軸の角速度センサとを使用して、ピッチ方向およびヨー方向の取付角が検出可能とされる。 In the technique disclosed in Patent Document 2, a vehicle body coordinate system and a sensor coordinate system different from the coordinate systems shown in FIGS. 2 and 3 described later are used. In the technique disclosed in Patent Document 2, a biaxial acceleration sensor, uniaxial, specifically by using the angular velocity sensor of Z S axis, mounted angle in the pitch direction and the yaw direction are detectable .

特許文献3に開示される技術では、後述する図2のX軸をπ回転した車体座標系が使用される。特許文献3に開示される技術では、1軸たとえばX軸の加速度センサと、1軸たとえばZ軸の角速度センサとを使用して、ピッチ方向、ヨー方向、ロール方向の3軸全ての取付角が検出可能とされる。 In the technique disclosed in Patent Document 3, a vehicle body coordinate system obtained by rotating an X axis in FIG. In the technique disclosed in Patent Document 3, the one-axis acceleration sensor for example X S axis, one axis for example, using an angular velocity sensor of the Z S axis, the pitch direction, the yaw direction, the roll direction of all three axes of the mounting A corner can be detected.

特許文献4に開示される技術では、後述する図2および図3に示す座標系と同じ車体座標系およびセンサ座標系が使用される。特許文献4に開示される技術では、1軸たとえばX軸の加速度センサと、1軸たとえばZ軸の角速度センサとを使用して、ピッチ方向取付角θpおよびヨー方向取付角θyが検出される。 In the technique disclosed in Patent Document 4, the same vehicle coordinate system and sensor coordinate system as those shown in FIGS. 2 and 3 described later are used. In the technique disclosed in Patent Document 4, a one-axis acceleration sensor for example X S axis, one axis for example, using an angular velocity sensor of the Z S axis, the pitch direction mounted angle θp and the yaw direction mounted angle θy is detected The

特許4655901号公報(請求項1,6、段落[0006],[0012]〜[0015],[0026]〜[0036])Japanese Patent No. 4655901 (Claims 1 and 6, paragraphs [0006], [0012] to [0015], [0026] to [0036]) 特開2005−147696号公報(請求項1,8、段落[0007]〜[0010],[0013]〜[0014],[0031]〜[0045],[0070]〜[0077])JP-A-2005-147696 (Claims 1 and 8, paragraphs [0007] to [0010], [0013] to [0014], [0031] to [0045], [0070] to [0077]) 特許4739378号公報(請求項1〜3、段落[0005],[0019]〜[0021],[0035]〜[0044])Japanese Patent No. 4739378 (claims 1 to 3, paragraphs [0005], [0019] to [0021], [0035] to [0044]) 特許4443621号公報(請求項1,2、段落[0021],[0028],[0039]〜[0041],[0050],[0056]〜[0060])Japanese Patent No. 4444321 (Claims 1 and 2, paragraphs [0021], [0028], [0039] to [0041], [0050], [0056] to [0060])

たとえば、ループ橋または立体駐車場のようなスロープを車両が走行すると、車両に搭載されたナビゲーション装置は、角速度センサの検知軸が傾斜するので、感度が低下するという問題がある。これに対して、補正式を用いれば、たとえば坂道を車両が走行しても、ヨー角の感度の低下分を補正することができる。   For example, when a vehicle travels on a slope such as a loop bridge or a multilevel parking lot, the navigation device mounted on the vehicle has a problem that the sensitivity decreases because the detection axis of the angular velocity sensor is inclined. On the other hand, if the correction formula is used, for example, even if the vehicle travels on a slope, the decrease in the sensitivity of the yaw angle can be corrected.

しかし、ヨー方向に検知軸が傾斜した加速度センサは、ヨー方向取付角θpに応じて前後加速度が減衰し、左右加速度、すなわち遠心力の影響を受ける。これによって、加速度センサからピッチ角φHpを正しく計測することができなくなる。 However, in an acceleration sensor whose detection axis is inclined in the yaw direction, the longitudinal acceleration is attenuated according to the mounting angle θp in the yaw direction, and is affected by the lateral acceleration, that is, centrifugal force. As a result, the pitch angle φ Hp cannot be correctly measured from the acceleration sensor.

この不正確なピッチ角を用いてヨー角の感度の低下分を補正すると、前述のループ橋または立体駐車場のようなスロープを車両が走行するときなどに、方位誤差を生じるという問題がある。この問題を解決するためには、ヨー方向取付角を検出する必要がある。   If the inaccurate pitch angle is used to correct a decrease in the sensitivity of the yaw angle, there is a problem that an azimuth error occurs when the vehicle travels on a slope such as the loop bridge or the multilevel parking lot. In order to solve this problem, it is necessary to detect the mounting angle in the yaw direction.

また、ピッチ方向およびヨー方向の各取付角の自動検出性能は、ナビゲーション装置に内蔵されるセンサの構成によって決まる。たとえば、3軸加速度センサと3軸角速度センサとを備えている場合には、3軸の取付角を検出するのに必要な3軸のセンサ計測値を利用できるが、高性能になる分、高価になる。   Further, the automatic detection performance of each mounting angle in the pitch direction and the yaw direction is determined by the configuration of the sensor built in the navigation device. For example, if a 3-axis acceleration sensor and a 3-axis angular velocity sensor are provided, the 3-axis sensor measurement values necessary to detect the 3-axis mounting angle can be used, but it is expensive because of high performance. become.

これに対し、3軸加速度センサと3軸角速度センサとを使用できない、いわゆる廉価版のナビゲーション装置では、備えていない検知軸のセンサ計測値はないものの、ピッチ方向およびヨー方向ともに、約45°以下の取付角に対応できることがユーザから求められている。   In contrast, a so-called low-priced navigation device that cannot use a three-axis acceleration sensor and a three-axis angular velocity sensor does not have a sensor measurement value of a detection axis that is not provided, but is approximately 45 ° or less in both the pitch direction and the yaw direction. The user is required to be able to cope with the mounting angle.

前述の特許文献1および2に開示されるナビゲーション装置では、2軸以上の加速度センサを備える必要があるので、1軸加速度および1軸角速度センサのみを用いる廉価版のナビゲーション装置としては使用することができない。   In the navigation devices disclosed in Patent Documents 1 and 2 described above, since it is necessary to provide an acceleration sensor having two or more axes, it can be used as a low-priced navigation device that uses only one-axis acceleration and one-axis angular velocity sensors. Can not.

また、前述の特許文献3に開示されるナビゲーション装置では、内蔵するセンサは1軸加速度センサおよび1軸角速度センサであるが、3軸全ての取付角を検出可能とされている。しかし、特許文献3に開示される技術では、前述の検知軸が傾斜した角速度センサおよび加速度センサの特性を考慮せずに、ピッチ方向取付角θpが算出されている。   Further, in the navigation device disclosed in Patent Document 3 described above, the built-in sensors are a uniaxial acceleration sensor and a uniaxial angular velocity sensor, but all three axes can be detected. However, in the technique disclosed in Patent Document 3, the pitch direction mounting angle θp is calculated without considering the characteristics of the angular velocity sensor and the acceleration sensor in which the detection axis is inclined.

特許文献3に開示される技術で用いられている式は、車両が水平面に停車しているときにピッチ方向取付角θpを検出する計算式である。特許文献3に開示される技術では、種々の傾斜角が存在する実際の道路または駐車場などで水平面を検出する方法を考慮していない。したがって、ピッチ方向取付角θpの検出誤差が大きくなり、さらにピッチ方向取付角θpを用いて算出されるヨー方向取付角θyの精度も十分とはいえないという問題がある。   The formula used in the technique disclosed in Patent Document 3 is a calculation formula for detecting the pitch direction mounting angle θp when the vehicle is stopped on a horizontal plane. The technique disclosed in Patent Document 3 does not consider a method of detecting a horizontal plane on an actual road or parking lot where various inclination angles exist. Therefore, there is a problem that the detection error of the pitch direction mounting angle θp becomes large, and the accuracy of the yaw direction mounting angle θy calculated using the pitch direction mounting angle θp is not sufficient.

特許文献1〜3に開示されるナビゲーション装置では、いずれも車両が水平面を走行しているときに限定して取付角を検出しているので、車両が水平面を走行しているか否かの判断精度が取付角の検出精度を左右し、最終的には車両の位置精度を決める大きな要因になっている。   In each of the navigation devices disclosed in Patent Documents 1 to 3, since the mounting angle is detected only when the vehicle is traveling on a horizontal plane, it is possible to determine whether or not the vehicle is traveling on a horizontal plane. However, this affects the detection accuracy of the mounting angle, and finally becomes a major factor that determines the positional accuracy of the vehicle.

また、前述の特許文献4に開示されるナビゲーション装置は、特許文献3に開示される技術と同様に、センサとしては、1軸加速度センサおよび1軸角速度センサのみを備えている。特許文献4に開示される技術では、車両が坂道を含む道路または駐車場などを走行しても、自動的に水平面を走行しているか否かを判断して、ピッチ方向取付角θpを検出し、さらには、水平面での右左折走行時にヨー方向取付角θyを検出する。   In addition, the navigation device disclosed in Patent Document 4 described above includes only a uniaxial acceleration sensor and a uniaxial angular velocity sensor as sensors, as in the technique disclosed in Patent Document 3. In the technique disclosed in Patent Literature 4, even if the vehicle travels on a road including a slope or a parking lot, it is automatically determined whether or not the vehicle is traveling on a horizontal plane, and the pitch direction mounting angle θp is detected. In addition, the yaw direction attachment angle θy is detected when the vehicle turns left or right on a horizontal plane.

しかし、特許文献4に開示される技術では、ヨー方向取付角θyの検出については、加速度センサによる加速度計測値と加速度推定値との差異そのものを取扱っている。したがって、加速度センサに約1°相当の零点誤差、および温度変動(ドリフト)があると、ヨー方向取付角θyの検出精度が低下するおそれがある。   However, the technique disclosed in Patent Document 4 deals with the difference itself between the acceleration measurement value obtained by the acceleration sensor and the acceleration estimation value for the detection of the yaw direction attachment angle θy. Therefore, if the acceleration sensor has a zero point error equivalent to about 1 ° and temperature fluctuation (drift), the detection accuracy of the yaw direction mounting angle θy may be lowered.

本発明の目的は、1軸加速度センサと1軸角速度センサとを用いて、ヨー方向取付角を精度良く検出することが可能なナビゲーション装置を提供することである。   The objective of this invention is providing the navigation apparatus which can detect a yaw direction installation angle accurately using a 1 axis | shaft acceleration sensor and a 1 axis | shaft angular velocity sensor.

本発明のナビゲーション装置は、移動体に搭載可能なナビゲーション装置であって、移動体の速度に応じた信号として、移動体の移動距離に応じたパルス信号を出力する速度センサと、自装置の筐体の垂直方向における移動体の角速度を検知する検知軸を有し、角速度に応じた信号を出力する角速度センサと、移動体の進行方向に沿う方向であって、自装置の筐体の前後方向における移動体の加速度を検知する検知軸を有し、加速度に応じた信号を出力する加速度センサと、速度センサから出力されるパルス信号に基づいて、移動体の移動距離、速度および前後方向加速度を計測する距離計測部と、予め定めるタイミング毎に、予め定める検知軸の方向における移動体の角速度およびヨー角を計測するヨー角計測部と、予め定めるタイミング毎に、予め定める検知軸の方向における移動体の加速度を計測する加速度計測部と、ヨー方向における筐体の取付角の探索範囲である検索角度範囲について、予め定める角度刻み毎に、その角度と筐体のピッチ方向における取付角とに対応する検知軸の方向における移動体の加速度を推定する加速度推定部と、加速度計測部によって計測された加速度計測値と、加速度推定部によって推定された加速度推定値とを1組として、または加速度計測値と、距離計測部によって計測された速度および前後方向加速度と、ヨー角計測部によって計測されたヨー角とを1組として、最新の予め定める組数分の履歴を作成する取付角検出用履歴作成部と、作成された各組の履歴に基づいて、加速度推定値が計算された角度毎に、加速度推定値と加速度計測値との差異の標準偏差を求めるとともに、差異の標準偏差が極小となる加速度推定値を与える計算に用いられた角度を、ヨー方向における筐体の取付角として求めるヨー方向取付角検出部とを備えることを特徴とする。   The navigation device of the present invention is a navigation device that can be mounted on a moving body, and as a signal corresponding to the speed of the moving body, a speed sensor that outputs a pulse signal corresponding to the moving distance of the moving body, and a housing of the device itself. An angular velocity sensor having a detection axis for detecting the angular velocity of the moving body in the vertical direction of the body and outputting a signal corresponding to the angular velocity, and a direction along the traveling direction of the moving body, the front-rear direction of the housing of the device itself The sensor has a detection axis for detecting the acceleration of the moving object, and outputs the signal corresponding to the acceleration, and the moving distance, speed and longitudinal acceleration of the moving object based on the pulse signal output from the speed sensor. A distance measuring unit for measuring, a yaw angle measuring unit for measuring the angular velocity and yaw angle of the moving body in the direction of a predetermined detection axis for each predetermined timing, and a predetermined timing In addition, an acceleration measuring unit that measures the acceleration of the moving body in the direction of the predetermined detection axis and a search angle range that is a search range of the mounting angle of the housing in the yaw direction are determined at each predetermined angular increment. An acceleration estimation unit that estimates the acceleration of the moving body in the direction of the detection axis corresponding to the mounting angle in the body pitch direction, an acceleration measurement value measured by the acceleration measurement unit, and an acceleration estimation value estimated by the acceleration estimation unit Or a set of acceleration measurements, the velocity and longitudinal acceleration measured by the distance measuring unit, and the yaw angle measured by the yaw angle measuring unit as one set, for the latest predetermined number of sets. Acceleration estimation value and acceleration measurement for each angle at which acceleration estimation value is calculated based on the installation angle detection history creation unit that creates history and the history of each set created And a yaw direction attachment angle detection unit for obtaining the angle used for the calculation that gives the estimated acceleration value that minimizes the standard deviation of the difference as the attachment angle of the housing in the yaw direction. It is characterized by that.

本発明のナビゲーション装置によれば、検知軸が1軸の加速度センサと、検知軸が1軸の角速度センサとを用いて、ヨー方向における筐体の取付角(以下「ヨー方向取付角」という場合がある)を検出することができる。また、ヨー方向取付角の検索角度範囲において、加速度推定値と加速度計測値との差異の標準偏差が極小となる角度をヨー方向取付角とするので、約1°相当の加速度センサの零点誤差、および温度変動(ドリフト)の影響を受け難い。また、緩やかな道路傾斜があっても、ヨー方向取付角を検出することができる。   According to the navigation device of the present invention, a case mounting angle in the yaw direction (hereinafter referred to as “yaw direction mounting angle”) using an acceleration sensor having a single detection axis and an angular velocity sensor having a single detection axis. Can be detected). In the search angle range of the yaw direction mounting angle, the angle at which the standard deviation of the difference between the estimated acceleration value and the measured acceleration value is minimized is the yaw direction mounting angle. And less susceptible to temperature fluctuations (drift). Even if there is a gentle road slope, the yaw direction mounting angle can be detected.

本発明の第1の実施の形態であるナビゲーション装置1の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the navigation apparatus 1 which is the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態のナビゲーション装置1で使用される座標系を示す図である。It is a figure which shows the coordinate system used with the navigation apparatus 1 of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態のナビゲーション装置1で使用される座標系を示す図である。It is a figure which shows the coordinate system used with the navigation apparatus 1 of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態のナビゲーション装置1における姿勢・慣性力計測処理の処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process sequence of the attitude | position and inertial force measurement process in the navigation apparatus 1 of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態のナビゲーション装置1における姿勢・慣性力計測処理の処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process sequence of the attitude | position and inertial force measurement process in the navigation apparatus 1 of the 1st Embodiment of this invention. 軸加速度の推定値の一例を示すグラフである。Is a graph showing an example of the estimated value of the X S axis acceleration. 最新の予め定める数分の履歴に格納されたX軸加速度の推定値および計測値について、予め定める角度刻み毎の差異の標準偏差からヨー方向取付角を検出する方法を示すグラフである。For estimate and the measurement values of X S axis accelerations stored in the latest number of histories predetermined is a graph illustrating a method for detecting the yaw direction mounted angle from the standard deviation of the difference for each angular increment the predetermined. 図7に示す領域40の拡大図である。It is an enlarged view of the area | region 40 shown in FIG. 軸加速度の計測値および推定値を示すグラフである。Is a graph showing the measured value and the estimated value of the X S axis acceleration. 軸加速度の計測値から変換したX軸加速度、および速度センサによるX軸加速度の一例を示すグラフである。X S axis acceleration measurement values X B axis acceleration converted from, and is a graph showing an example of X B axis acceleration by the speed sensor. 軸加速度の計測値および推定値を示すグラフである。It is a graph showing the measured value and the estimated value of Y S axis acceleration. 軸加速度の計測値および推定値を示すグラフである。It is a graph which shows the measured value and estimated value of Z S- axis acceleration. 本発明の第2の実施の形態であるナビゲーション装置2の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the navigation apparatus 2 which is the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態であるナビゲーション装置2における姿勢・慣性力計測処理の処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process sequence of the attitude | position / inertia force measurement process in the navigation apparatus 2 which is the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態であるナビゲーション装置2における姿勢・慣性力計測処理の処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process sequence of the attitude | position / inertia force measurement process in the navigation apparatus 2 which is the 2nd Embodiment of this invention. 第1の前提技術で使用される座標系を示す図である。It is a figure which shows the coordinate system used by the 1st assumption technique. 第1の前提技術で使用される座標系を示す図である。It is a figure which shows the coordinate system used by the 1st assumption technique. 第2の前提技術で使用される座標系を示す図である。It is a figure which shows the coordinate system used by the 2nd prerequisite technique. 第2の前提技術で使用される座標系を示す図である。It is a figure which shows the coordinate system used by the 2nd prerequisite technique. 第3の前提技術で使用される座標系を示す図である。It is a figure which shows the coordinate system used by the 3rd premise technique. 車両50の走行状態の一例を示す図である。2 is a diagram illustrating an example of a traveling state of a vehicle 50. FIG. 車両50の走行状態の一例を示す図である。2 is a diagram illustrating an example of a traveling state of a vehicle 50. FIG.

<前提技術>
本発明のナビゲーション装置を説明する前に、本発明の前提技術のナビゲーション装置を説明する。ナビゲーション装置は、移動体、たとえば自動車などの車両に搭載され、表示画面に表示される道路地図上で、車両の位置表示および現在地から目的地までの経路案内などを行う。
<Prerequisite technology>
Before describing the navigation device of the present invention, the navigation device of the base technology of the present invention will be described. The navigation device is mounted on a moving body, for example, a vehicle such as an automobile, and performs position display of the vehicle and route guidance from the current location to the destination on a road map displayed on the display screen.

道路地図上で車両の位置表示を行うにあたっては、全地球測位システム(Global Positioning System;略称:GPS)と各種センサとを用いて、車両の姿勢角および慣性力などが計測または観測される。そして、マップマッチングと呼ばれる処理によって、地図データの道路リンク上で車両の位置の更新が行われる。   When displaying the position of a vehicle on a road map, the attitude angle, inertial force, etc. of the vehicle are measured or observed using a global positioning system (abbreviation: GPS) and various sensors. Then, the position of the vehicle is updated on the road link of the map data by a process called map matching.

ナビゲーション装置は、筐体が傾斜して車両に取付けられることがある。筐体が傾斜して取付けられると、角速度センサおよび加速度センサなどの各センサの検知軸も傾斜する。角速度センサおよび加速度センサの検知軸は、たとえばピッチ方向およびヨー方向に傾斜する。検知軸がピッチ方向およびヨー方向に傾斜した角速度センサおよび加速度センサを用いて、姿勢角および慣性力などを正確に計測するためには、以下の(1)〜(4)の特性を考慮する必要がある。   The navigation device may be attached to a vehicle with a case tilted. When the housing is mounted with an inclination, the detection axes of the sensors such as the angular velocity sensor and the acceleration sensor are also inclined. The detection axes of the angular velocity sensor and the acceleration sensor are inclined in the pitch direction and the yaw direction, for example. In order to accurately measure the posture angle and inertial force using the angular velocity sensor and the acceleration sensor whose detection axis is inclined in the pitch direction and the yaw direction, it is necessary to consider the following characteristics (1) to (4) There is.

(1)角速度センサおよび加速度センサは、検知軸に作用する角速度および加速度をそれぞれ計測する。検知軸が傾斜すると、検知軸に作用する角速度および加速度の感度が、その傾斜角に応じて低下し、逆に傾斜方向にある他の軸の感度が大きくなる。取付角に依存して検知軸が3次元で傾斜する場合は、取付角に応じて各軸に配分された角速度および加速度が検出される。   (1) The angular velocity sensor and the acceleration sensor measure the angular velocity and acceleration acting on the detection axis, respectively. When the detection axis is tilted, the sensitivity of the angular velocity and acceleration acting on the detection axis is lowered according to the tilt angle, and conversely, the sensitivity of other axes in the tilt direction is increased. When the detection axis tilts in three dimensions depending on the mounting angle, the angular velocity and acceleration distributed to each axis are detected according to the mounting angle.

(2)3軸のセンサの場合は、3軸のセンサ信号から、任意の取付角における任意の検知軸のセンサ信号に変換できる。しかし、2軸または1軸のセンサの場合は、備えていない検知軸で計測すべき角速度および加速度がないので、限定条件付きでなければ、任意の取付角における任意の検知軸のセンサ信号に変換、すなわち復元できない。   (2) In the case of a 3-axis sensor, a 3-axis sensor signal can be converted into a sensor signal of an arbitrary detection axis at an arbitrary mounting angle. However, in the case of a 2-axis or 1-axis sensor, there are no angular velocities and accelerations that should be measured with a detection axis that is not provided. That is, it cannot be restored.

(3)角速度センサについては、車両が停車中であるときには角速度が発生しないので、停車中に計測された角速度を零点と見ることができる。   (3) Regarding the angular velocity sensor, since the angular velocity does not occur when the vehicle is stopped, the angular velocity measured while the vehicle is stopped can be regarded as a zero point.

(4)加速度センサは、検知軸傾斜による重力成分を常に検出するので、加速度センサのみで、検知軸の傾斜要因、たとえば取付角および道路傾斜角を判断することができない。したがって、停車中の加速度を零点と見ることができない。   (4) Since the acceleration sensor always detects the gravitational component due to the detection axis inclination, it is impossible to determine the inclination factor of the detection axis, such as the mounting angle and the road inclination angle, only by the acceleration sensor. Therefore, the acceleration while the vehicle is stopped cannot be regarded as a zero point.

また、車両の位置、姿勢角および慣性力などを航法演算によって求めるためには、それらを表現する直交3軸座標系を決める必要がある。特に、ナビゲーション装置の筐体が、予め定める取付角で傾斜して車両に設置される場合には、車両の姿勢角および慣性力を表現する複数の座標系を定義し、各座標系の間でセンサ計測値などを変換する必要がある。   Further, in order to obtain the vehicle position, posture angle, inertial force, and the like by navigation calculation, it is necessary to determine an orthogonal three-axis coordinate system that expresses them. In particular, when the casing of the navigation device is installed in a vehicle inclined at a predetermined mounting angle, a plurality of coordinate systems that express the attitude angle and inertial force of the vehicle are defined. It is necessary to convert sensor measurement values.

センサ計測値の変換を行うにあたっては、基準とする座標系から別の座標系へ移るときに、基準座標系に対する回転を用いる方法が提案されている。この回転は、X,Y,Zの各軸に対する回転角であるロール方向、ピッチ方向およびヨー方向の各回転角で表される。以下の説明では、ロール方向の回転角を「ロール角」といい、ピッチ方向の回転角を「ピッチ角」といい、ヨー方向の回転角を「ヨー角」という場合がある。   In converting sensor measurement values, there has been proposed a method of using rotation with respect to a reference coordinate system when moving from a reference coordinate system to another coordinate system. This rotation is represented by rotation angles in the roll direction, the pitch direction, and the yaw direction, which are rotation angles with respect to the X, Y, and Z axes. In the following description, the rotation angle in the roll direction may be referred to as “roll angle”, the rotation angle in the pitch direction may be referred to as “pitch angle”, and the rotation angle in the yaw direction may be referred to as “yaw angle”.

座標系のX,Y,Zの各軸の定義は複数提案されている。ここでは、後述する図2を参照し、車体10の前後方向、左右方向および上下方向の各方向に延びる軸で構成される車体座標系(Body-Frame)を基準座標系として説明する。   A plurality of definitions of the X, Y, and Z axes of the coordinate system have been proposed. Here, with reference to FIG. 2 described later, a vehicle body coordinate system (Body-Frame) constituted by axes extending in the front-rear direction, the left-right direction, and the up-down direction of the vehicle body 10 will be described as a reference coordinate system.

車体座標系では、車体10の前後方向に延びる軸をX軸といい、車体10の左右方向であって、車体10の前後方向に直交する方向に延びる軸をY軸といい、車体10の上下方向であって、車体10の前後方向および左右方向に直交する方向に延びる軸をZ軸という。各軸の名称の添え字の「B」は、「車体座標系(Body-Frame)」であることを示す。各軸の詳細については後述する。 The vehicle body coordinate system, the axis extending in the longitudinal direction of the vehicle body 10 is called the X B axis, a lateral direction of the vehicle body 10, refers to the axis extending in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the vehicle body 10 and the Y B axis, the vehicle body 10 of a vertical direction, an axis extending in the direction perpendicular to the longitudinal direction and the lateral direction of the vehicle body 10 of Z B axis. The subscript “B” in the name of each axis indicates “Body-Frame”. Details of each axis will be described later.

また、後述する図3を参照して、センサ検知軸が示す座標系であるセンサ座標系(Sensor-Frame)について説明する。センサ座標系のX,Y,Z軸(以下、それぞれ、X軸,Y軸,Z軸という場合がある)は、車体座標系のX,Y,Z軸、すなわちX軸、Y軸、Z軸に対して、ロール方向、ピッチ方向、ヨー方向の各取付角θr、θp、θyで傾斜している。各軸の名称の添え字の「S」は、「センサ座標系(Sensor-Frame)」であることを示す。 In addition, a sensor coordinate system (Sensor-Frame) that is a coordinate system indicated by the sensor detection axis will be described with reference to FIG. 3 described later. X of the sensor coordinate system, Y, Z-axis (hereinafter, respectively, X S axis, Y S axis, there is a case that Z S axis), the vehicle body coordinate system of X, Y, Z-axis, i.e. X B-axis, Y It is inclined with respect to the B axis and Z B axis at respective mounting angles θr, θp, and θy in the roll direction, the pitch direction, and the yaw direction. The subscript “S” in the name of each axis indicates “sensor coordinate system (Sensor-Frame)”.

ロール方向、ピッチ方向およびヨー方向の各取付角θr,θp,θy(以下、それぞれ、ロール方向取付角θr、ピッチ方向取付角θp、ヨー方向取付角θyという場合がある)が分かれば、車体座標系からセンサ座標系に変換する座標変換行列CBSを以下の式(1)によって求めることができる。この座標変換行列CBSを用いれば、以下の式(2)によって、車体座標系の計測量Mをセンサ座標系の計測量Mに座標変換することができる。 If the mounting angles θr, θp, θy in the roll direction, pitch direction, and yaw direction (hereinafter, referred to as roll direction mounting angle θr, pitch direction mounting angle θp, and yaw direction mounting angle θy, respectively) are known, the coordinate transformation matrix C BS to convert the system to the sensor coordinate system can be calculated by the following equation (1). Using this coordinate transformation matrix C BS, by the following equation (2), it is possible to coordinate transformation a metered amount M B of the vehicle body coordinate system to the measurement quantity M S of the sensor coordinate system.

同様に、ロール方向、ピッチ方向およびヨー方向の各取付角θr,θp,θyが分かれば、センサ座標系から車体座標系に変換する座標変換行列CSBを以下の式(3)によって求めることができる。この座標変換行列CSBを用いれば、以下の式(4)によって、センサ座標系の計測量Mを車体座標系の計測量Mに座標変換することができる。この計測量は、計算目的に応じて、姿勢角または慣性力となる。 Similarly, if the mounting angles θr, θp, and θy in the roll direction, the pitch direction, and the yaw direction are known, a coordinate conversion matrix C SB for converting from the sensor coordinate system to the vehicle body coordinate system can be obtained by the following equation (3). it can. Using this coordinate transformation matrix C SB, by the following equation (4), a metered amount M S of the sensor coordinate system can be coordinate transformation on the measurement quantity M B of the vehicle body coordinate system. This measurement amount is a posture angle or an inertial force depending on the calculation purpose.

以上の式(1)〜式(4)の座標変換式をそれぞれ駆使して、ナビゲーション装置の取付角が検出される。   The mounting angle of the navigation device is detected by making full use of the coordinate conversion formulas of the above formulas (1) to (4).

図16および図17は、第1の前提技術で使用される座標系を示す図である。ナビゲーション装置51は、車両50に搭載される。第1の前提技術では、ナビゲーション装置51は、後述する図2および図3と同じ車体座標系およびセンサ座標系を使用する。第1の前提技術は、前述の特許文献1に開示される技術に相当する。図16において、参照符号「52」で示される矢印は、ピッチ方向の回転を表す。図17において、参照符号「53」で示される矢印は、ヨー方向の回転を表す。   16 and 17 are diagrams showing a coordinate system used in the first prerequisite technology. The navigation device 51 is mounted on the vehicle 50. In the first base technology, the navigation device 51 uses the same vehicle body coordinate system and sensor coordinate system as those shown in FIGS. The first prerequisite technique corresponds to the technique disclosed in Patent Document 1 described above. In FIG. 16, an arrow indicated by reference numeral “52” represents rotation in the pitch direction. In FIG. 17, an arrow indicated by reference numeral “53” represents rotation in the yaw direction.

第1の前提技術では、ナビゲーション装置51は、検知軸が少なくとも2軸の加速度センサと、検知軸が2軸の角速度センサとを備える。2軸の加速度センサは、軸の組合せは指定されない。2軸の角速度センサは、センサ座標系のX軸まわりの角速度であるロール角速度と、センサ座標系のZ軸まわりの角速度であるヨー角速度とを検出する。 In the first base technology, the navigation device 51 includes an acceleration sensor having at least two detection axes and an angular velocity sensor having two detection axes. A combination of axes is not specified for the biaxial acceleration sensor. The angular velocity sensor of biaxial detects a roll angular velocity is an angular velocity around the X S axis of the sensor coordinate system, and a yaw rate is the angular velocity about the Z S axis of the sensor coordinate system.

第1の前提技術では、ピッチ方向およびヨー方向の取付角が検出可能とされる。2軸以上の加速度センサを用いて算出された取付角と、2軸以上の角速度センサを用いて算出された取付角とが一致した場合に、取付角として採用される。   In the first base technology, the mounting angles in the pitch direction and the yaw direction can be detected. When the mounting angle calculated using the acceleration sensor of two or more axes matches the mounting angle calculated using the angular velocity sensor of two or more axes, it is adopted as the mounting angle.

第1の前提技術では、ロール方向取付角θrが0°で固定されている。したがって、車体座標系からセンサ座標系に変換する前述の式(1)の座標変換行列CBSは、ピッチ方向取付角θpおよびヨー方向取付角θyのみに基づいて、以下の式(5)に示すように簡略化される。 In the first base technology, the roll direction mounting angle θr is fixed at 0 °. Therefore, the coordinate transformation matrix C BS of the above-described formula (1) for transforming from the vehicle body coordinate system to the sensor coordinate system is represented by the following formula (5) based only on the pitch direction mounting angle θp and the yaw direction mounting angle θy. To be simplified.

式(5)の座標変換行列CBSを用いて、以下の式(6)および式(7)によって、車体座標系の3軸加速度A(ABX,ABY,ABZ)および3軸角速度ω(ωBX,ωBY,ωBZ)が、センサ座標系の3軸加速度A(ASX,ASY,ASZ)および3軸角速度ω(ωSX,ωSY,ωSZ)にそれぞれ変換される。 Using the coordinate transformation matrix C BS of formula (5), the following equation (6) and (7), the three-axis acceleration A B of the vehicle body coordinate system (A BX, A BY, A BZ) and 3-axis angular-velocity ω BBX , ω BY , ω BZ ) is converted into the triaxial acceleration A S (A SX , A SY , A SZ ) and the triaxial angular velocity ω SSX , ω SY , ω SZ ) of the sensor coordinate system. Each is converted.

式(6)および式(7)の関係から、センサ座標系のX,Y,Zの各軸の加速度および角速度が、以下の式(8)〜式(13)によって、それぞれ個別に求められる。   From the relationship between Expression (6) and Expression (7), the acceleration and angular velocity of each of the X, Y, and Z axes of the sensor coordinate system are individually obtained by the following Expressions (8) to (13).

ここで、速度センサから出力されるパルス信号から算出された加速度をASPDとし、重力加速度をGとすると、車両50が水平面上を直進して走行しているときの車体座標系の3軸加速度Aは(ASPD,0,G)となる。これを式(9)に代入することによって、式(9)が式(14)に変形される。式(14)を用いて、ヨー方向取付角θyが推定される。 Here, assuming that the acceleration calculated from the pulse signal output from the speed sensor is A SPD and the gravitational acceleration is G, the triaxial acceleration of the vehicle body coordinate system when the vehicle 50 is traveling straight on the horizontal plane. AB becomes (A SPD , 0, G). By substituting this into equation (9), equation (9) is transformed into equation (14). The yaw direction attachment angle θy is estimated using equation (14).

また、ABY=0から、式(8)および式(10)が、それぞれ、式(15)および式(16)に簡略化される。式(15)および式(16)を用いて、ピッチ方向取付角θpが推定される。 Further, from A BY = 0, Expression (8) and Expression (10) are simplified to Expression (15) and Expression (16), respectively. Using formula (15) and formula (16), the pitch direction mounting angle θp is estimated.

また車両50が水平面を旋回して走行しているときには、車体座標系の3軸角速度ωは(0,0,ωBZ)となる。これを式(11)および式(13)に代入することによって、式(11)および式(13)は、それぞれ、以下の式(17)および式(18)に簡略化される。式(17)および式(18)から、ピッチ方向取付角θpは、以下の式(19)によって算出される。 Further, when the vehicle 50 is traveling while turning on a horizontal plane, the triaxial angular velocity ω B of the vehicle body coordinate system is (0, 0, ω BZ ). By substituting this into the equations (11) and (13), the equations (11) and (13) are simplified to the following equations (17) and (18), respectively. From the equations (17) and (18), the pitch direction attachment angle θp is calculated by the following equation (19).

図18および図19は、第2の前提技術で使用される座標系を示す図である。第2の前提技術では、後述の図2および図3に示す座標系と異なる車体座標系およびセンサ座標系が使用される。第2の前提技術は、前述の特許文献2に開示される技術に相当する。   18 and 19 are diagrams showing a coordinate system used in the second base technology. In the second base technology, a vehicle body coordinate system and a sensor coordinate system different from the coordinate systems shown in FIGS. 2 and 3 described later are used. The second prerequisite technique corresponds to the technique disclosed in Patent Document 2 described above.

第2の前提技術のナビゲーション装置51では、2軸の加速度センサと、1軸、具体的にはZ軸の角速度センサとを使用して、ピッチ方向およびヨー方向の取付角が検出可能とされる。 In the second base technology of the navigation device 51, a biaxial acceleration sensor, uniaxial, specifically by using the angular velocity sensor of Z S axis, mounted angle in the pitch direction and yaw direction is detectable The

車両50が水平面上を旋回しているときに、速度センサから出力されるパルス信号から算出された速度をVSPDとし、加速度をASPDとし、ヨーレートをωBZとして、車体座標系のX軸の加速度ASXおよびY軸の加速度ASYが、それぞれ、以下の式(20)および式(21)によって求められる。 When the vehicle 50 is turning on a horizontal plane, the velocity calculated from the pulse signal output from the velocity sensor is V SPD , the acceleration is A SPD , the yaw rate is ω BZ , and the X axis of the vehicle body coordinate system The acceleration A SX and the Y-axis acceleration A SY are obtained by the following equations (20) and (21), respectively.

式(20)および式(21)から、ヨー方向取付角θyおよびピッチ方向取付角θpは、それぞれ、以下の式(22)および式(23)によって算出される。   From the equations (20) and (21), the yaw direction attachment angle θy and the pitch direction attachment angle θp are calculated by the following equations (22) and (23), respectively.

また、車両50が直進しているときに限定すると、式(22)および式(23)は、それぞれ、以下の式(24)および式(25)に示すように簡略化される。式(24)および式(25)を用いて、ヨー方向取付角θyおよびピッチ方向取付角θpが求められる。   Further, when the vehicle 50 is traveling straight ahead, the equations (22) and (23) are simplified as shown in the following equations (24) and (25), respectively. Using the equations (24) and (25), the yaw direction attachment angle θy and the pitch direction attachment angle θp are obtained.

ヨー方向取付角θyおよびピッチ方向取付角θpが検出された後は、以下の式(26)によって、Y軸の加速度に変換される。式(26)から、ピッチ角φpは、以下の式(27)によって求められる。 After the yaw direction mounting angle θy and the pitch direction mounting angle θp are detected, they are converted into Y B axis accelerations by the following equation (26). From the equation (26), the pitch angle φp is obtained by the following equation (27).

図20は、第3の前提技術で使用される座標系を示す図である。第3の前提技術では、後述の図2のX軸をπ回転した図20に示す車体座標系が使用される。第3の前提技術のナビゲーション装置51では、1軸たとえばX軸の加速度センサと、1軸たとえばZ軸の角速度センサとを使用して、ピッチ方向、ヨー方向、ロール方向の3軸全ての取付角が検出可能とされる。第3の前提技術は、前述の特許文献3に開示される技術に相当する。 FIG. 20 is a diagram showing a coordinate system used in the third prerequisite technology. In the third base technology, a vehicle body coordinate system shown in FIG. 20 obtained by rotating the X axis of FIG. In the third base technology of the navigation device 51, a one-axis acceleration sensor for example X S axis, one axis for example, using an angular velocity sensor of the Z S axis, the pitch direction, the yaw direction, the roll direction all three axes of The mounting angle can be detected. The third prerequisite technique corresponds to the technique disclosed in Patent Document 3 described above.

図20において、参照符号「61」で示される矢印は、X軸まわりの回転であるロール方向の回転を表す。参照符号「62」で示される矢印は、Y軸まわりの回転であるピッチ方向の回転を表す。参照符号「63」で示される矢印は、Z軸まわりの回転であるヨー方向の回転を表す。   In FIG. 20, an arrow indicated by reference numeral “61” represents rotation in the roll direction, which is rotation around the X axis. An arrow indicated by reference numeral “62” represents rotation in the pitch direction, which is rotation around the Y axis. The arrow indicated by the reference sign “63” represents the rotation in the yaw direction, which is the rotation around the Z axis.

第3の前提技術では、前後方向加速度がゼロ(0)になるとき、たとえば車両50が停車時または等速走行時の加速度センサの出力ASXを用いて、加速度センサの出力ASXを表す前述の式(8)においてABX=0およびABY=0として、以下の式(28)によってピッチ方向取付角θpが算出される。 In the third base technology, when the longitudinal acceleration becomes zero (0), for example, the output A SX of the acceleration sensor is used to represent the output A SX of the acceleration sensor when the vehicle 50 stops or travels at a constant speed. Assuming that A BX = 0 and A BY = 0 in the equation (8), the pitch direction mounting angle θp is calculated by the following equation (28).

車両50が水平面上を直進しているときのGPSの位置の変化量から前後方向加速度AX−GPSが求められ、前述の式(8)においてABY=0として、以下の式(29)によってヨー方向取付角θyが算出される。ロール方向取付角θrについては、説明を省略する。 The longitudinal acceleration AX-GPS is obtained from the amount of change in the GPS position when the vehicle 50 is traveling straight on the horizontal plane, and A BY = 0 in the above equation (8), and the following equation (29): The yaw direction mounting angle θy is calculated. Description of the roll direction mounting angle θr is omitted.

第4の前提技術のナビゲーション装置では、後述する図2および図3の座標系と同じ座標系、具体的には、第1の前提技術と同様に、図16および図17に示す車体座標系およびセンサ座標系が使用される。第4の前提技術では、1軸たとえばX軸の加速度センサと、1軸たとえばZ軸の角速度センサとを使用して、ピッチ方向取付角θpおよびヨー方向取付角θyが検出される。第4の前提技術は、前述の特許文献4に開示される技術に相当する。 In the navigation device of the fourth prerequisite technology, the same coordinate system as the coordinate system of FIGS. 2 and 3 described later, specifically, the vehicle body coordinate system shown in FIGS. A sensor coordinate system is used. In the fourth base technology, a one-axis acceleration sensor for example X S axis, one axis for example, using an angular velocity sensor of the Z S axis, the pitch direction mounted angle θp and the yaw direction mounted angle θy is detected. The fourth prerequisite technique corresponds to the technique disclosed in Patent Document 4 described above.

第4の前提技術では、車両50が水平面上を走行しているときにX軸の加速度センサが計測した加速度について、以下の式(30)および式(31)によって、予め定める角度毎の推定値ASX−ESTが算出される。式(30)および式(31)は、前述の特許文献4では、電圧に換算した式で表現されているが、第4の前提技術では、他の前提技術と同様に、加速度形式で表現されている。 In the fourth base technology, the X S axis acceleration acceleration sensor is measured in when the vehicle 50 is traveling in a horizontal plane, the following equation (30) and the equation (31), previously determined estimate for each angular The value A SX-EST is calculated. Equations (30) and (31) are expressed in terms of voltage in the above-mentioned Patent Document 4, but in the fourth prerequisite technology, as in other prerequisite technologies, they are expressed in acceleration form. ing.

ここで、VSPDは、速度センサから出力されるパルス信号から算出された速度であり、ωBZは、速度センサから出力されるパルス信号から算出された加速度であり、ωBZは、角速度センサによって計測されたヨーレートである。 Here, V SPD is a speed calculated from the pulse signal output from the speed sensor, the omega BZ, an acceleration calculated from the pulse signal output from the speed sensor, omega BZ is the angular velocity sensor The measured yaw rate.

第4の前提技術のナビゲーション装置は、算出された複数の推定値ASX−ESTと加速度センサによる計測値ASXとを記録し、計測値と最も一致する推定値を算出した角度をヨー方向取付角として採用する。そして、ヨー方向取付角θyに基づいて式(30)によって算出されたX軸加速度の推定値ASX−ESTと、加速度センサによって計測された前後加速度計測値ASXとから、ピッチ角φpは、以下の式(32)によって算出される。 The navigation device of the fourth base technology records a plurality of calculated estimated values A SX-EST and measured values A SX by the acceleration sensor, and attaches the angle at which the estimated value that most closely matches the measured values is attached in the yaw direction Adopt as a corner. From the estimated value A SX-EST of the X-axis acceleration calculated by the equation (30) based on the yaw direction mounting angle θy and the longitudinal acceleration measured value A SX measured by the acceleration sensor, the pitch angle φp is It is calculated by the following equation (32).

図21および図22は、車両50の走行状態の一例を示す図である。たとえば、図21に示すようなループ橋または立体駐車場のスロープ70を車両50が走行すると、車両50に搭載されたナビゲーション装置は、角速度センサの検知軸が傾斜するので、感度が低下する。したがって、車両50の位置として、参照符号「71」で示される本来の位置ではなく、参照符号「72」で示される位置を誤って検出してしまうという問題がある。   21 and 22 are diagrams illustrating an example of the traveling state of the vehicle 50. FIG. For example, when the vehicle 50 travels on a loop bridge or a slope 70 of a three-dimensional parking lot as shown in FIG. 21, the sensitivity of the navigation device mounted on the vehicle 50 is lowered because the detection axis of the angular velocity sensor is inclined. Therefore, there is a problem that the position indicated by the reference numeral “72” is erroneously detected as the position of the vehicle 50, not the original position indicated by the reference numeral “71”.

これに対して、以下の式(33)を用いれば、ヨー角の感度の低下分を補正することができる。これによって、たとえば図22に示すような坂道75を車両50が走行しても、車両50の位置を精度良く検出することができる。   On the other hand, if the following formula (33) is used, the decrease in the sensitivity of the yaw angle can be corrected. Thereby, for example, even if the vehicle 50 travels on a slope 75 as shown in FIG. 22, the position of the vehicle 50 can be detected with high accuracy.

しかし、ヨー方向に検知軸が傾斜した加速度センサは、前述の特性(1)に示すように、ヨー方向取付角θpに応じて前後加速度が減衰し、左右加速度、すなわち遠心力の影響を受ける。これによって、加速度センサからピッチ角φHpを正しく計測することができなくなる。 However, in the acceleration sensor whose detection axis is inclined in the yaw direction, the longitudinal acceleration is attenuated according to the yaw direction mounting angle θp and is affected by the lateral acceleration, that is, centrifugal force, as shown in the characteristic (1). As a result, the pitch angle φ Hp cannot be correctly measured from the acceleration sensor.

この不正確なピッチ角を用いてヨー角の感度の低下分を補正すると、前述の図21に示すようなループ橋または立体駐車場のスロープ70を車両50が走行するときなどに、方位誤差を生じるという問題がある。この問題を解決するためには、ヨー方向取付角を検出する必要がある。   If the inaccurate pitch angle is used to correct the decrease in the sensitivity of the yaw angle, when the vehicle 50 travels on the loop bridge or the slope 70 of the multilevel parking lot as shown in FIG. There is a problem that arises. In order to solve this problem, it is necessary to detect the mounting angle in the yaw direction.

また、ピッチ方向およびヨー方向の各取付角の自動検出性能は、ナビゲーション装置に内蔵されるセンサの構成によって決まる。たとえば、3軸加速度センサと3軸角速度センサとを備えている場合には、前述の特性(2)から、3軸の取付角を検出するのに必要な3軸のセンサ計測値を利用できるが、高性能になる分、高価になる。   Further, the automatic detection performance of each mounting angle in the pitch direction and the yaw direction is determined by the configuration of the sensor built in the navigation device. For example, when a three-axis acceleration sensor and a three-axis angular velocity sensor are provided, the three-axis sensor measurement value necessary for detecting the three-axis mounting angle can be used from the above characteristic (2). The higher the performance, the higher the price.

これに対し、3軸加速度センサと3軸角速度センサとを使用できない、いわゆる廉価版のナビゲーション装置では、備えていない検知軸のセンサ計測値はないものの、ピッチ方向およびヨー方向ともに、約45°以下の取付角に対応できることがユーザから求められている。   In contrast, a so-called low-priced navigation device that cannot use a three-axis acceleration sensor and a three-axis angular velocity sensor does not have a sensor measurement value of a detection axis that is not provided, but is approximately 45 ° or less in both the pitch direction and the yaw direction. The user is required to be able to cope with the mounting angle.

前述の第1および第2の前提技術のナビゲーション装置では、2軸以上の加速度センサを備える必要があるので、1軸加速度および1軸角速度センサのみを用いる廉価版のナビゲーション装置としては使用することができない。   In the navigation device of the first and second premise technologies described above, it is necessary to provide an acceleration sensor having two or more axes, so that it can be used as an inexpensive navigation device that uses only one-axis acceleration and one-axis angular velocity sensors. Can not.

また、前述の第3の前提技術のナビゲーション装置では、内蔵するセンサは1軸加速度センサおよび1軸角速度センサであるが、3軸全ての取付角を検出可能とされている。しかし、第3の前提技術では、前述の特性(4)を考慮せずに、ピッチ方向取付角θpが算出されている。   Further, in the navigation device of the above-mentioned third premise technology, the built-in sensors are the uniaxial acceleration sensor and the uniaxial angular velocity sensor, but it is possible to detect the mounting angles of all three axes. However, in the third base technology, the pitch direction mounting angle θp is calculated without considering the above-described characteristic (4).

第3の前提技術で用いられている式は、車両50が水平面に停車しているときにピッチ方向取付角θpを検出する計算式である。第3の前提技術では、種々の傾斜角が存在する実際の道路または駐車場などで水平面を検出する方法を考慮していない。したがって、ピッチ方向取付角θpの検出誤差が大きくなり、さらにピッチ方向取付角θpを用いて算出されるヨー方向取付角θyの精度も十分とはいえないという問題がある。   The formula used in the third premise technique is a calculation formula for detecting the pitch direction mounting angle θp when the vehicle 50 is stopped on a horizontal plane. The third premise technique does not consider a method of detecting a horizontal plane on an actual road or parking lot where various inclination angles exist. Therefore, there is a problem that the detection error of the pitch direction mounting angle θp becomes large, and the accuracy of the yaw direction mounting angle θy calculated using the pitch direction mounting angle θp is not sufficient.

第1〜第3の前提技術のナビゲーション装置では、いずれも車両50が水平面を走行しているときに限定して取付角を検出しているので、車両50が水平面を走行しているか否かの判断精度が取付角の検出精度を左右し、最終的には車両50の位置精度を決める大きな要因になっている。   In the navigation devices according to the first to third base technologies, since the mounting angle is detected only when the vehicle 50 is traveling on the horizontal plane, it is determined whether or not the vehicle 50 is traveling on the horizontal plane. The determination accuracy affects the detection accuracy of the mounting angle, and is a major factor that ultimately determines the position accuracy of the vehicle 50.

また、前述の第4の前提技術のナビゲーション装置は、第3の前提技術と同様に、センサとしては、1軸加速度センサおよび1軸角速度センサのみを備えている。第4の前提技術では、車両50が坂道を含む道路または駐車場などを走行しても、自動的に水平面を走行しているか否かを判断して、ピッチ方向取付角θpを検出し、さらには、水平面での右左折走行時にヨー方向取付角θyを検出する。   Further, the navigation device of the above-mentioned fourth premise technology includes only a uniaxial acceleration sensor and a uniaxial angular velocity sensor as sensors, as in the third premise technology. In the fourth base technology, even if the vehicle 50 travels on a road including a slope or a parking lot, it is determined whether or not the vehicle 50 is automatically traveling on a horizontal plane, and the pitch direction attachment angle θp is detected. Detects the yaw-direction mounting angle θy during left-right turn traveling on a horizontal plane.

しかし、第4の前提技術では、ヨー方向取付角θyの検出については、加速度センサによる加速度計測値と加速度推定値との差異そのものを取扱っている。したがって、加速度センサに約1°相当の零点誤差、および温度変動(ドリフト)があると、ヨー方向取付角θyの検出精度が低下するおそれがある。   However, in the fourth base technology, the difference between the acceleration measured value by the acceleration sensor and the estimated acceleration value is handled for the detection of the yaw direction attachment angle θy. Therefore, if the acceleration sensor has a zero point error equivalent to about 1 ° and temperature fluctuation (drift), the detection accuracy of the yaw direction mounting angle θy may be lowered.

そこで本発明のナビゲーション装置では、以下の実施の形態に示す構成を採用している。   Therefore, the navigation apparatus of the present invention employs the configuration shown in the following embodiment.

<第1の実施の形態>
図1は、本発明の第1の実施の形態であるナビゲーション装置1の構成を示すブロック図である。図1では、ナビゲーション装置1の構成のうち、車体の姿勢および慣性力の計測に必要な構成を示し、経路探索および経路案内などの機能を実現するための構成は省略している。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a navigation apparatus 1 according to the first embodiment of the present invention. FIG. 1 shows a configuration necessary for measuring the posture of the vehicle body and the inertial force in the configuration of the navigation apparatus 1, and a configuration for realizing functions such as route search and route guidance is omitted.

ナビゲーション装置1は、速度センサ11、角速度センサ12、加速度センサ13、距離計測部14、ヨー角計測部15、加速度計測部16、加速度推定部17、加速度変換部18、ピッチ角推定部19、取付角検出用履歴作成部20、ヨー方向取付角検出部21、地図データ記憶部22および道路照合部23を備えて構成される。   The navigation device 1 includes a speed sensor 11, an angular velocity sensor 12, an acceleration sensor 13, a distance measurement unit 14, a yaw angle measurement unit 15, an acceleration measurement unit 16, an acceleration estimation unit 17, an acceleration conversion unit 18, a pitch angle estimation unit 19, and an attachment. A corner detection history creation unit 20, a yaw direction attachment angle detection unit 21, a map data storage unit 22, and a road matching unit 23 are configured.

ナビゲーション装置1は、たとえばコンピュータによって構成されており、不図示のメモリに記憶されている制御プログラムを実行することによって、距離計測部14、ヨー角計測部15、加速度計測部16、加速度推定部17、加速度変換部18、ピッチ角推定部19、取付角検出用履歴作成部20およびヨー方向取付角検出部21の各機能が実現される。   The navigation device 1 is configured by a computer, for example, and by executing a control program stored in a memory (not shown), the distance measurement unit 14, the yaw angle measurement unit 15, the acceleration measurement unit 16, and the acceleration estimation unit 17. The functions of the acceleration conversion unit 18, the pitch angle estimation unit 19, the mounting angle detection history creation unit 20, and the yaw direction mounting angle detection unit 21 are realized.

速度センサ11、角速度センサ12、加速度センサ13、距離計測部14、ヨー角計測部15、加速度計測部16、加速度推定部17、加速度変換部18、ピッチ角推定部19、取付角検出用履歴作成部20、ヨー方向取付角検出部21、地図データ記憶部22および道路照合部23は、ナビゲーション装置1の筐体に収容される。具体的には、前述の各機能を実現するコンピュータが、筐体に収容される。   Speed sensor 11, angular velocity sensor 12, acceleration sensor 13, distance measurement unit 14, yaw angle measurement unit 15, acceleration measurement unit 16, acceleration estimation unit 17, acceleration conversion unit 18, pitch angle estimation unit 19, and creation of attachment angle detection history The unit 20, the yaw direction attachment angle detection unit 21, the map data storage unit 22, and the road matching unit 23 are accommodated in the casing of the navigation device 1. Specifically, a computer that realizes each function described above is housed in a housing.

本実施の形態のナビゲーション装置1は、移動体、たとえば自動車などの車両に搭載可能に構成される。車両に搭載される場合、ナビゲーション装置1は、車両を構成する車体に取付けられる。   The navigation device 1 according to the present embodiment is configured to be mountable on a moving body, for example, a vehicle such as an automobile. When mounted on a vehicle, the navigation device 1 is attached to a vehicle body constituting the vehicle.

図2および図3は、本発明の第1の実施の形態のナビゲーション装置1で使用される座標系を示す図である。図2は、ナビゲーション装置1が取付けられた車体10を示す斜視図である。図3(a)は、ナビゲーション装置1が取付けられた車体10を示す平面図であり、図3(b)は、ナビゲーション装置1が取付けられた車体10を示す右側面図であり、図3(c)は、ナビゲーション装置1が取付けられた車体10を示す正面図である。   2 and 3 are diagrams showing a coordinate system used in the navigation device 1 according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a perspective view showing the vehicle body 10 to which the navigation device 1 is attached. FIG. 3A is a plan view showing the vehicle body 10 to which the navigation device 1 is attached, and FIG. 3B is a right side view showing the vehicle body 10 to which the navigation device 1 is attached. c) is a front view showing the vehicle body 10 to which the navigation device 1 is attached.

本実施の形態のナビゲーション装置1では、図2に示す車体座標系、および図3に示すセンサ座標系が使用される。図2に示す車体座標系は、車体10の前後方向、左右方向および上下方向の各方向に延びる軸で構成される。車体座標系では、車体10の前後方向に延びる軸をX軸といい、車体10の左右方向であって、車体10の前後方向に直交する方向に延びる軸をY軸といい、車体10の上下方向であって、車体10の前後方向および左右方向に直交する方向に延びる軸をZ軸という。 In the navigation device 1 of the present embodiment, the vehicle body coordinate system shown in FIG. 2 and the sensor coordinate system shown in FIG. 3 are used. The vehicle body coordinate system shown in FIG. 2 is composed of axes extending in the front-rear direction, the left-right direction, and the up-down direction of the vehicle body 10. The vehicle body coordinate system, the axis extending in the longitudinal direction of the vehicle body 10 is called the X B axis, a lateral direction of the vehicle body 10, refers to the axis extending in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the vehicle body 10 and the Y B axis, the vehicle body 10 of a vertical direction, an axis extending in the direction perpendicular to the longitudinal direction and the lateral direction of the vehicle body 10 of Z B axis.

車体座標系において、X軸とY軸とは互いに直交し、Z軸は、X軸とY軸とで規定されるX−Y平面に対して直交する。車体10の前後方向のうち、前方向をX軸の正方向とする。車体10の左右方向のうち、右方向をY軸の正方向とする。車体10の上下方向のうち、下方向をZ軸の正方向とする。 In the vehicle body coordinate system, perpendicular to each other and X B-axis and Y B axis, Z B axis is perpendicular to the X B -Y B plane defined by the X B axis and Y B axis. Of the longitudinal direction of the vehicle body 10, the forward direction is the positive direction of the X B axis. Of the left and right direction of the vehicle body 10, the right direction is a positive direction of the Y B axis. Of the vertical direction of the vehicle body 10, the downward direction is a positive direction of Z B axis.

ここで、車体10の前後方向のうち、前方向とは、車両の運転席に着座した運転手の正面方向に一致する方向をいい、後方向とは、車両の運転席に着座した運転手の背面方向に一致する方向をいう。車体10の左右方向のうち、左方向とは、車両の運転席に着座した運転手の左方向に一致する方向をいい、右方向とは、車両の運転席に着座した運転手の右方向に一致する方向をいう。車体10の上下方向のうち、上方向とは、車両の運転席に着座した運転手の上方向に一致する方向をいい、下方向とは、車両の運転席に着座した運転手の下方向に一致する方向をいう。   Here, in the front-rear direction of the vehicle body 10, the front direction refers to a direction that coincides with the front direction of the driver seated in the driver's seat of the vehicle, and the rear direction refers to the driver seated in the driver's seat of the vehicle. The direction that matches the back direction. Of the left and right directions of the vehicle body 10, the left direction refers to the direction corresponding to the left direction of the driver seated in the driver seat of the vehicle, and the right direction refers to the right direction of the driver seated in the driver seat of the vehicle. The direction to match. Of the vertical direction of the vehicle body 10, the upward direction refers to a direction that matches the upward direction of the driver seated in the driver's seat of the vehicle, and the downward direction refers to the downward direction of the driver seated in the driver's seat of the vehicle. The direction to match.

図3に示すセンサ座標系は、センサ検知軸が示す座標系である。図3に示すセンサ座標系は、ナビゲーション装置1の筐体の前後方向、左右方向および上下方向の各方向に延びる軸で構成される。センサ座標系では、筐体の前後方向に延びる軸をX軸といい、筐体の左右方向であって、筐体の前後方向に直交する方向に延びる軸をY軸といい、筐体の上下方向であって、筐体の前後方向および左右方向に直交する方向に延びる軸をZ軸という。筐体の前後方向は、車両の進行方向に沿う方向となる。筐体の上下方向は、筐体の垂直方向に相当する。 The sensor coordinate system shown in FIG. 3 is a coordinate system indicated by the sensor detection axis. The sensor coordinate system shown in FIG. 3 includes axes extending in the front-rear direction, the left-right direction, and the up-down direction of the casing of the navigation device 1. The sensor coordinate system refers to the axis extending in the longitudinal direction of the housing and X s axis, a lateral direction of the housing, called the axis extending in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the housing and Y s axis, the housing of a vertical direction, an axis extending in the direction perpendicular to the longitudinal direction and the lateral direction of the casing that Z s axis. The front-rear direction of the housing is a direction along the traveling direction of the vehicle. The vertical direction of the housing corresponds to the vertical direction of the housing.

ナビゲーション装置1は、筐体が傾斜して車両10の車体に取付けられることがある。ナビゲーション装置1の筐体が傾斜して取付けられると、角速度センサ12および加速度センサ13などの各センサの検知軸も傾斜する。この場合、検知軸に相当するセンサ座標系のX,Y,Z軸、すなわちX軸,Y軸,Z軸は、車体座標系のX,Y,Z軸、すなわちX軸、Y軸、Z軸に対して、傾斜している。 The navigation device 1 may be attached to the vehicle body of the vehicle 10 with a case inclined. When the casing of the navigation device 1 is attached with an inclination, the detection axes of the sensors such as the angular velocity sensor 12 and the acceleration sensor 13 are also inclined. In this case, X of the sensor coordinate system corresponding to the detection axis, Y, Z-axis, i.e. X S axis, Y S axis, Z S axis, X of the vehicle body coordinate system, Y, Z-axis, i.e. X B-axis, Y It is inclined with respect to the B axis and the Z B axis.

以下の説明では、車体座標系の各軸に対するセンサ座標系の各軸の傾斜角度を、「取付角」という。図3(c)に示すように、車体10の前方向から見て、車体座標系のZ軸に対するセンサ座標系のZ軸の傾斜角を「ロール方向取付角」といい、「θr」で表す。図3(b)に示すように、車体10の右方向から見て、車体座標系のX軸に対するセンサ座標系のX軸の傾斜角を「ピッチ方向取付角」といい、「θp」で表す。図3(a)に示すように、車体10の上方向から見て、車体座標系のX軸に対するセンサ座標系のXs軸の傾斜角を「ヨー方向取付角」といい、「θy」で表す。 In the following description, the inclination angle of each axis of the sensor coordinate system with respect to each axis of the vehicle body coordinate system is referred to as “mounting angle”. As shown in FIG. 3 (c), as viewed from the front direction of the vehicle body 10, refers to the angle of inclination of the Z S axis of the sensor coordinate system with respect to the Z B axis of the vehicle body coordinate system "roll direction attached angle", "θr" Represented by As shown in FIG. 3 (b), as viewed from the right side of the vehicle body 10, refers to the angle of inclination of the X S axis of the sensor coordinate system with respect to X B-axis of the vehicle body coordinate system "pitch direction mounted angle", "θp" Represented by As shown in FIG. 3 (a), as viewed from the upper direction of the vehicle body 10, refers to the angle of inclination of the Xs axis of the sensor coordinate system with respect to X B-axis of the vehicle body coordinate system "yaw direction mounted angle", the "θy" Represent.

図1に戻って、速度センサ11は、車両の速度に応じた信号として、車両の移動距離に応じたパルス信号を出力する。速度センサ11は、出力したパルス信号を距離計測部14に与える。   Returning to FIG. 1, the speed sensor 11 outputs a pulse signal corresponding to the moving distance of the vehicle as a signal corresponding to the speed of the vehicle. The speed sensor 11 gives the output pulse signal to the distance measuring unit 14.

角速度センサ12は、たとえばジャイロによって構成される。角速度センサ12は、車両の角速度として、自装置であるナビゲーション装置1の筐体の垂直方向における車両の角速度を検知する検知軸を有し、角速度に応じた信号を出力する。筐体の垂直方向は、前述のように筐体の上下方向に相当し、前述の図3に示すセンサ座標系のZ軸の延びる方向に一致する。このセンサ座標系のZ軸が、前述の検知軸に相当する。 The angular velocity sensor 12 is constituted by, for example, a gyro. The angular velocity sensor 12 has a detection axis that detects the angular velocity of the vehicle in the vertical direction of the casing of the navigation device 1 that is its own device as the angular velocity of the vehicle, and outputs a signal corresponding to the angular velocity. Vertical housing corresponds to the vertical direction of the housing as described above, matches the extending direction of the Z S axis of the sensor coordinate system shown in FIG. 3 described above. Z S axis of the sensor coordinate system corresponds to the above-described sensing axis.

角速度センサ12は、筐体の垂直方向における車両の角速度として、Z軸まわりの角速度であるヨー方向の角速度(以下「Z軸のヨーレート」という場合がある)を検出する。具体的には、角速度センサ12は、予め定める周期毎に、Z軸のヨーレートを検出する。角速度センサ12は、検出した角速度をヨー角計測部15に与える。 The angular velocity sensor 12, a vehicle of the angular velocity in the vertical direction of the housing, for detecting the Z S in the yaw direction is an angular velocity around the axis angular velocity (hereinafter, referred to as a "yaw rate of the Z S axis"). Specifically, the angular velocity sensor 12, every period predetermined, detecting a yaw rate of the Z S axis. The angular velocity sensor 12 gives the detected angular velocity to the yaw angle measurement unit 15.

加速度センサ13は、車両の加速度として、自装置であるナビゲーション装置1の筐体の前後方向における車両の加速度を検知する検知軸を有し、加速度に応じた信号を出力する。前述の図3に示すセンサ座標系のX軸が、前述の検知軸に相当する。加速度センサ13は、車両の加速度として、筐体の前後方向に延びるX軸方向の加速度(以下「X軸の前後方向加速度」、または単に「X軸の前後加速度」という場合がある)を検出する。加速度センサ13は、予め定める周期毎に、Xs軸の前後方向加速度を検出する。加速度センサ13は、検出した加速度、具体的にはXs軸の前後方向加速度を、加速度計測部16に与える。 The acceleration sensor 13 has a detection axis for detecting the acceleration of the vehicle in the front-rear direction of the casing of the navigation device 1 as its own device as the acceleration of the vehicle, and outputs a signal corresponding to the acceleration. X S axis of the sensor coordinate system shown in FIG. 3 described above corresponds to the above-described sensing axis. The acceleration sensor 13, as the acceleration of the vehicle, X S axis direction of the acceleration extending in the longitudinal direction of the housing (hereinafter, "front-rear direction acceleration of the X S axis", or simply referred to as "longitudinal acceleration of the X S axis") Is detected. The acceleration sensor 13 detects the acceleration in the front-rear direction of the Xs axis at predetermined intervals. The acceleration sensor 13 provides the acceleration measurement unit 16 with the detected acceleration, specifically, the Xs-axis longitudinal acceleration.

距離計測部14は、車両の移動距離を計測する。具体的には、距離計測部14は、速度センサ11から与えられるパルス信号に基づいて、車両の移動距離を算出する。より詳細には、距離計測部14は、予め定めるタイミング毎に速度センサ11から出力されるパルス信号の数に基づいて、車両の移動距離を算出する。また距離計測部14は、算出した移動距離に基づいて、車両の速度、および前後方向加速度を算出する。距離計測部14は、算出した移動距離、速度、および前後方向加速度を、加速度変換部18、ピッチ角推定部19および道路照合部23に与える。   The distance measuring unit 14 measures the moving distance of the vehicle. Specifically, the distance measuring unit 14 calculates the moving distance of the vehicle based on the pulse signal given from the speed sensor 11. More specifically, the distance measuring unit 14 calculates the moving distance of the vehicle based on the number of pulse signals output from the speed sensor 11 at each predetermined timing. The distance measuring unit 14 calculates the vehicle speed and the longitudinal acceleration based on the calculated moving distance. The distance measuring unit 14 gives the calculated moving distance, speed, and longitudinal acceleration to the acceleration converting unit 18, the pitch angle estimating unit 19, and the road matching unit 23.

ヨー角計測部15は、車両のヨー角を計測する。具体的には、ヨー角計測部15は、角速度センサ12から与えられる角速度に基づいて、Z軸のヨー角を算出する。ヨー角計測部15は、算出したZ軸のヨー角を、加速度推定部17、加速度変換部18および道路照合部23に与える。 The yaw angle measurement unit 15 measures the yaw angle of the vehicle. Specifically, the yaw angle measurement unit 15, on the basis of the angular velocity applied from the angular velocity sensor 12, calculates a yaw angle of the Z S axis. The yaw angle measurement unit 15 gives the calculated yaw angle of the Z S axis to the acceleration estimation unit 17, the acceleration conversion unit 18, and the road matching unit 23.

加速度計測部16は、加速度センサ13から与えられる加速度に基づいて、X軸の前後方向加速度を計測する。加速度計測部16は、計測したX軸の前後方向加速度を、加速度計測値として、加速度変換部18および取付角検出用履歴作成部20に与える。 Acceleration measuring unit 16, based on the acceleration given from the acceleration sensor 13 measures the longitudinal acceleration of the X S axis. Acceleration measuring unit 16, a longitudinal acceleration of the X S axis measured, as an acceleration measurement value, gives the acceleration conversion section 18 and the attachment angle detecting history creation section 20.

加速度推定部17は、距離計測部14から与えられた移動距離、速度、および前後方向加速度と、ヨー角計測部15から与えられたZ軸のヨー角とに基づいて、ヨー方向検出角度範囲内について、予め定める角度刻み毎のX軸加速度を推定する。加速度推定部17は、推定した予め定める角度刻み毎のX軸加速度を、加速度推定値として、取付角検出用履歴作成部20に与える。 Acceleration estimating unit 17 moves a given distance from the distance measuring unit 14, the speed, and the longitudinal acceleration, based on the yaw angle of the Z S axis given from the yaw angle measurement unit 15, the yaw direction detection angle range for inner, estimates the X S axis acceleration for each angular increment the predetermined. Acceleration estimating unit 17, the X S axis acceleration for each pre-defined angle in increments estimated, as acceleration estimated value, gives the mounting angle detecting history creation section 20.

取付角検出用履歴作成部20は、加速度計測部16から与えられた1つの加速度計測値と、加速度推定部17から与えられた複数の加速度推定値とを1組とするX軸加速度情報を、最新の予め定める組数分だけ格納する。 The mounting angle detection history creation unit 20 generates XS- axis acceleration information including one acceleration measurement value given from the acceleration measurement unit 16 and a plurality of acceleration estimation values given from the acceleration estimation unit 17 as a set. Only the latest predetermined number of sets are stored.

ヨー方向取付角検出部21は、取付角検出用履歴作成部20から与えられる格納情報に基づいて、ヨー方向取付角θyを検出する。ヨー方向取付角検出部21は、検出したヨー方向取付角θyを加速度変換部18に与える。   The yaw direction attachment angle detection unit 21 detects the yaw direction attachment angle θy based on the stored information provided from the attachment angle detection history creation unit 20. The yaw direction attachment angle detector 21 gives the detected yaw direction attachment angle θy to the acceleration converter 18.

加速度変換部18は、加速度計測部16から与えられたX軸の加速度計測値と、Y軸およびZ軸の加速度推定値とから、X軸の前後方向加速度を求める。加速度変換部18は、求めたX軸の前後方向加速度をピッチ角推定部19に与える。 Acceleration conversion section 18, the acceleration measurement values of X S axis given from the acceleration measuring unit 16, an acceleration estimated value of Y S axis and Z S axis, obtaining the longitudinal acceleration of the X B axis. The acceleration converting unit 18 gives the obtained XB axis longitudinal acceleration to the pitch angle estimating unit 19.

ピッチ角推定部19は、距離計測部14から与えられた移動距離、速度、および前後方向加速度と、加速度変換部18から与えられたX軸の前後方向加速度とから、坂道走行時などのピッチ角φpを算出する。ピッチ角推定部19は、算出したピッチ角φpをヨー角計測部15および道路照合部23に与える。 Pitch angle estimating unit 19, the moving distance given from the distance measuring unit 14, the speed, and the longitudinal acceleration, the longitudinal acceleration of the X B axis given from the acceleration conversion section 18, the pitch of such time slope traveling The angle φp is calculated. The pitch angle estimation unit 19 gives the calculated pitch angle φp to the yaw angle measurement unit 15 and the road matching unit 23.

地図データ記憶部22は、たとえばハードディスクドライブ(Hard Disk Drive;略称:HDD)装置または半導体メモリなどの記憶装置によって実現される。地図データ記憶部22は、予め定める範囲内の道路について、地図データを記憶する。地図データは、線形データおよび座標点などで表現される道路リンクなどを含む。   The map data storage unit 22 is realized by a storage device such as a hard disk drive (abbreviation: HDD) device or a semiconductor memory, for example. The map data storage unit 22 stores map data for roads within a predetermined range. The map data includes linear data and road links represented by coordinate points.

道路照合部23は、距離計測部14から与えられた移動距離、速度および前後方向加速度と、ヨー角計測部15から与えられたヨー角φyと、ピッチ角推定部19から与えられたピッチ角φpとに基づいて、地図データ記憶部22から読出した道路リンク上において、車両の位置を同定する。   The road collating unit 23 includes a moving distance, speed, and longitudinal acceleration given from the distance measuring unit 14, a yaw angle φy given from the yaw angle measuring unit 15, and a pitch angle φp given from the pitch angle estimating unit 19. Based on the above, the position of the vehicle is identified on the road link read from the map data storage unit 22.

以上のように構成される本実施の形態のナビゲーション装置1によれば、ヨー方向取付角θyを検出することができる。本実施の形態における角速度センサ12および加速度センサ13の零点補正、ならびにピッチ方向取付角の検出は、公知の方法、たとえば前述の特許文献4に開示された方法によって行うことができる。   According to the navigation device 1 of the present embodiment configured as described above, the yaw direction attachment angle θy can be detected. The zero point correction of the angular velocity sensor 12 and the acceleration sensor 13 and the detection of the pitch direction mounting angle in the present embodiment can be performed by a known method, for example, the method disclosed in Patent Document 4 described above.

図4および図5は、本発明の第1の実施の形態のナビゲーション装置1における姿勢・慣性力計測処理の処理手順を示すフローチャートである。姿勢・慣性力計測処理では、車体の姿勢および慣性力の計測に関する処理が行われる。姿勢・慣性力計測処理は、ヨー方向取付角検出処理を含む。図4および図5に示すフローチャートの処理は、予め定める周期毎にと開始され、ステップa1に移行する。   FIG. 4 and FIG. 5 are flowcharts showing the procedure of the posture / inertia force measurement process in the navigation device 1 according to the first embodiment of the present invention. In the posture / inertia force measurement processing, processing related to measurement of the posture and inertia force of the vehicle body is performed. The posture / inertial force measurement process includes a yaw direction attachment angle detection process. The processes of the flowcharts shown in FIGS. 4 and 5 are started at predetermined intervals, and the process proceeds to step a1.

以下、図4および図5に示すフローチャートについて、図6〜図10を参照して、説明する。図6は、X軸加速度の推定値の一例を示すグラフである。図6において、横軸は、予め定める周期のセンサ計測数を示し、縦軸は、Xs軸加速度の推定値[m/s]を示す。図6において、参照符号「31」〜「39」で示されるグラフは、それぞれ、検索角度範囲が、+40deg、+30deg、+20deg、+10deg、0deg、−10deg、−20deg、−30deg、−40degのときの結果を表す。 Hereinafter, the flowcharts shown in FIGS. 4 and 5 will be described with reference to FIGS. Figure 6 is a graph showing an example of the estimated value of the X S axis acceleration. In FIG. 6, the horizontal axis indicates the number of sensor measurements in a predetermined cycle, and the vertical axis indicates the estimated value [m / s 2 ] of the Xs axis acceleration. In FIG. 6, the graphs indicated by reference numerals “31” to “39” are obtained when the search angle ranges are +40 deg, +30 deg, +20 deg, +10 deg, 0 deg, −10 deg, −20 deg, −30 deg, −40 deg, respectively. Represents the result.

図7および図8は、最新の予め定める数分の履歴に格納されたX軸加速度の推定値および計測値について、予め定める角度刻み毎の差異の標準偏差からヨー方向取付角を検出する方法を示すグラフである。図8は、図7に示す領域40の拡大図である。図7および図8において、横軸は、Xs軸加速度の推定値を算出するときの仮のヨー方向取付角[deg]を示し、縦軸は、計測値と推定値との差異の標準偏差[m/s]を示す。 7 and 8, a method for detecting the yaw direction mounted angle from the standard deviation of the latest advance for determining a few minutes of the estimated value and the measured value of the X S axis accelerations stored in the history, each of the angle increments the predetermined difference It is a graph which shows. FIG. 8 is an enlarged view of the region 40 shown in FIG. 7 and 8, the horizontal axis indicates the provisional yaw direction mounting angle [deg] when calculating the estimated value of the Xs-axis acceleration, and the vertical axis indicates the standard deviation of the difference between the measured value and the estimated value [ m / s 2 ].

図9は、X軸加速度の計測値および推定値を示すグラフである。図9において、横軸は、予め定める周期のセンサ計測数を示し、縦軸は、Xs軸加速度の計測値[m/s]および推定値[m/s]を示す。図9において、参照符号「41」で示されるグラフは、Xs軸加速度の計測値を示し、参照符号「42」で示されるグラフは、Xs軸加速度の推定値を示す。 Figure 9 is a graph showing the measured value and the estimated value of the X S axis acceleration. In FIG. 9, the horizontal axis indicates the number of sensor measurements in a predetermined cycle, and the vertical axis indicates the measured value [m / s 2 ] and estimated value [m / s 2 ] of the Xs axis acceleration. In FIG. 9, the graph indicated by the reference symbol “41” indicates the measured value of the Xs-axis acceleration, and the graph indicated by the reference symbol “42” indicates the estimated value of the Xs-axis acceleration.

図10は、X軸加速度の計測値から変換したX軸加速度、および速度センサによるX軸加速度の一例を示すグラフである。図10において、横軸は、予め定める周期のセンサ計測数を示し、縦軸は、Xs軸加速度の計測値[m/s]、X軸加速度の変換値[m/s]、およびパルス信号による前後加速度[m/s]を示す。図10において、参照符号「43」で示されるグラフは、Xs軸加速度の計測値を示し、参照符号「44」で示されるグラフは、X軸加速度の変換値を示し、参照符号「45」で示されるグラフは、パルス信号による前後加速度を示す。 Figure 10 is a graph showing X B axis acceleration converted from the measured values of the X S axis acceleration, and an example of X B axis acceleration by the speed sensor. 10, the horizontal axis represents the number of sensor measurement period predetermined, vertical axis, the measured value of Xs-axis acceleration [m / s 2], the conversion value of X B axis acceleration [m / s 2], and The longitudinal acceleration [m / s 2 ] by the pulse signal is shown. 10, the graph indicated by reference numeral "43" indicates a measured value of Xs-axis acceleration, the graph indicated by reference numeral "44" indicates the conversion values of X B axis acceleration, the reference numeral "45" The graph shown by shows the longitudinal acceleration by a pulse signal.

ステップa1において、道路照合部23は、初期化が必要か否かを判断する。ステップa1において初期化が必要であると判断された場合は、ステップa2に移行し、初期化が必要でないと判断された場合は、ステップa3に移行する。   In step a1, the road matching unit 23 determines whether initialization is necessary. If it is determined in step a1 that initialization is necessary, the process proceeds to step a2, and if it is determined that initialization is not necessary, the process proceeds to step a3.

ステップa2において、道路照合部23は、姿勢・慣性力計測処理を初期化する。具体的には、姿勢・慣性力計測処理に関係する計測値、推定値および算出値などを初期の値として設定される値に戻す。初期化すると、ステップa3に移行する。   In step a2, the road matching unit 23 initializes the posture / inertia force measurement process. Specifically, the measured value, estimated value, and calculated value related to the posture / inertial force measurement process are returned to the values set as initial values. After initialization, the process proceeds to step a3.

ステップa3において、距離計測部14は、移動距離、速度および前後方向加速度を計測する。具体的には、距離計測部14は、本計測周期で計測したパルス信号数に、距離に換算する係数を乗算して、移動距離を算出するとともに、移動距離の微分から速度を算出し、速度の微分から前後方向加速度を算出する。移動距離、速度および前後方向加速度を計測すると、ステップa4に移行する。   In step a3, the distance measuring unit 14 measures the moving distance, the speed, and the longitudinal acceleration. Specifically, the distance measuring unit 14 multiplies the number of pulse signals measured in this measurement cycle by a coefficient converted to the distance to calculate the moving distance, calculates the speed from the differential of the moving distance, The longitudinal acceleration is calculated from the derivative of. When the moving distance, speed, and longitudinal acceleration are measured, the process proceeds to step a4.

ステップa4において、ヨー角計測部15は、ヨー角を計測する。具体的には、ヨー角計測部15は、角速度センサ12が出力したZ軸角速度から別途検出された角速度零点を減算して、センサ座標系のヨー角を算出する。ヨー角を計測すると、ステップa5に移行する。 In step a4, the yaw angle measurement unit 15 measures the yaw angle. Specifically, the yaw angle measurement unit 15 calculates the yaw angle of the sensor coordinate system by subtracting the angular velocity zero point separately detected from the Z S- axis angular velocity output from the angular velocity sensor 12. When the yaw angle is measured, the process proceeds to step a5.

ステップa5において、加速度計測部16は、加速度を計測する。具体的には、加速度計測部16は、加速度センサ13が出力したX軸加速度をセンサ座標系の前後方向加速度として計測する。加速度を計測すると、図5のステップa6に移行する。 In step a5, the acceleration measuring unit 16 measures acceleration. Specifically, the acceleration measuring section 16 measures the X S axis acceleration acceleration sensor 13 is outputted as the longitudinal acceleration of the sensor coordinate system. When the acceleration is measured, the process proceeds to step a6 in FIG.

図5のステップa6〜ステップa10は、ヨー方向取付角の検出を行う処理である。ステップa6において、加速度推定部17は、ピッチ方向取付角が検出されたか否かを判断する。ステップa6においてピッチ方向取付角が検出されていると判断された場合は、ステップa7に移行し、ピッチ方向取付角が検出されていないと判断された場合は、ピッチ角を算出することができないので、全ての処理手順を終了する。   Steps a6 to a10 in FIG. 5 are processes for detecting the yaw direction mounting angle. In step a6, the acceleration estimation unit 17 determines whether or not the pitch direction attachment angle is detected. If it is determined in step a6 that the pitch direction mounting angle is detected, the process proceeds to step a7. If it is determined that the pitch direction mounting angle is not detected, the pitch angle cannot be calculated. All processing procedures are terminated.

ステップa7において、加速度推定部17は、加速度を推定する。具体的には、加速度推定部17は、図6に示すように、ヨー方向取付角の検索角度範囲について、距離計測部14によって計測された速度と前後加速度、およびヨー角計測部15によって計測されたヨー角を用いて、予め定める角度刻み毎にその角度とピッチ方向取付角に基づいたX軸加速度AS−ESTiを、以下に示す式(34)と式(35)とを用いて推定する。ステップa7において加速度が推定されると、ステップa8に移行する。 In step a7, the acceleration estimation unit 17 estimates acceleration. Specifically, as shown in FIG. 6, the acceleration estimation unit 17 measures the speed and longitudinal acceleration measured by the distance measurement unit 14 and the yaw angle measurement unit 15 for the search angle range of the yaw direction attachment angle. by using the yaw angle, estimated using the X S axis acceleration a S-ESTi based on the angle and the pitch direction mounted angle for each angle increment the predetermined, the formula (34) shown below formula and (35) To do. When the acceleration is estimated in step a7, the process proceeds to step a8.

式(34)において、ASPDは距離計測部14によって計測された前後加速度[m/s]であり、ABY−ESTは式(30)で求めた左右加速度[m/s]であり、Gは重力加速度(定数)[m/s]である。 In Formula (34), A SPD is the longitudinal acceleration [m / s 2 ] measured by the distance measuring unit 14, and A BY-EST is the lateral acceleration [m / s 2 ] obtained by Formula (30). , G is the gravitational acceleration (constant) [m / s 2 ].

式(35)において、CBSで用いる各取付角は、ピッチ方向取付角θp、ヨー方向取付角θy、およびロール方向取付角θrである。ピッチ方向取付角θpは、別途設定された角度である。ヨー方向取付角θyは、ヨー方向取付角の角度範囲内の指定角度iであり、予め定める角度刻み間隔に指定される。ロール方向取付角θrはゼロ(0)である。 In the formula (35), each mounting angle used in C BS, the pitch direction mounted angle theta] p, the yaw direction mounted angle [theta] y, and a roll direction attached angle [theta] r. The pitch direction mounting angle θp is an angle set separately. The yaw direction attachment angle θy is a designated angle i within the angular range of the yaw direction attachment angle, and is designated at a predetermined angular step interval. The roll direction mounting angle θr is zero (0).

ステップa8において、取付角検出用履歴作成部20は、履歴を作成する。具体的には、取付角検出用履歴作成部20は、予め定める角度旋回する毎に、複数の加速度推定値と1つの加速度計測値とを1組とするX軸加速度情報を最新の予め定める組数分だけ格納する。目安として、右折あるいは左折が1回行われたときに、予め定める組数分の履歴を作成できるように、履歴作成タイミングと履歴の大きさを調整する。ステップa8において履歴が作成されると、ステップa9に移行する。 In step a8, the mounting angle detection history creating unit 20 creates a history. Specifically, the attachment angle detection history creation section 20, for each of the angle pivot predetermined defines the X S axis acceleration information for a plurality of acceleration estimated value and the one acceleration measurement set latest advance Store only the number of pairs. As a guide, the history creation timing and the history size are adjusted so that a predetermined number of histories can be created when a right or left turn is made once. When a history is created in step a8, the process proceeds to step a9.

ステップa9において、取付角検出用履歴作成部20は、作成された履歴の数が、予め定める数以上か否かを判断する。ステップa9において、履歴格納数が予め定める数以上である場合は、ステップa10に移行し、履歴格納数が予め定める数未満である場合は、ヨー方向取付角の新たな検出はできないので、ステップa11に移行する。   In step a9, the mounting angle detection history creating unit 20 determines whether or not the number of created histories is equal to or greater than a predetermined number. In step a9, when the history storage number is equal to or greater than the predetermined number, the process proceeds to step a10. When the history storage number is less than the predetermined number, the yaw direction mounting angle cannot be newly detected, so step a11. Migrate to

ステップa10において、ヨー方向取付角検出部21は、ヨー方向取付角の検出処理を行う。具体的には、ヨー方向取付角検出部21は、図7および図8に示すように、X軸について、加速度の推定値を計算した角度毎に、加速度の推定値と加速度の計測値との差異の標準偏差を求め、差異の標準偏差が極小σminとなる加速度の推定値の計算に用いた角度をヨー方向取付角として採用する。 In step a10, the yaw direction attachment angle detector 21 performs a yaw direction attachment angle detection process. Specifically, the yaw direction mounted angle detecting unit 21, as shown in FIGS. 7 and 8, the X S axis, each angle obtained by calculating the estimated value of the acceleration, the measurement value of the estimated value of the acceleration and the acceleration The standard deviation of the difference is obtained, and the angle used for calculating the estimated value of the acceleration at which the standard deviation of the difference is the minimum σ min is adopted as the mounting angle in the yaw direction.

図7および図8に示すように、ヨー方向取付角が検出されていない場合は、加速度の推定値と加速度の計測値との差異の標準偏差を5°刻み毎に計算する。標準偏差が最小となる角度に対して、その左右の標準偏差が大きくなる場合は、ヨー方向取付角が検出された、すなわち検出済みと判断するが、左右どちらかの標準偏差のみが大きくなる場合は、ヨー方向取付角が検出されていない、すなわち未検出のままとする。   As shown in FIGS. 7 and 8, when the yaw direction mounting angle is not detected, the standard deviation of the difference between the estimated acceleration value and the measured acceleration value is calculated every 5 °. If the left and right standard deviations are larger than the angle with the smallest standard deviation, the mounting angle in the yaw direction has been detected, that is, it has been detected, but only either the left or right standard deviation has increased. The yaw direction mounting angle is not detected, that is, remains undetected.

また、ヨー方向取付角が検出済みの場合は、検出済みのヨー方向取付角を中心とする±5°範囲について、加速度の推定値と加速度の計測値との差異の標準偏差を1°刻み毎に計算し、前述と同様にしてヨー方向取付角を検出し、予め定める方法で更新する。ステップa10においてヨー方向取付角の検出処理が行われると、ステップa11に移行する。   When the yaw direction mounting angle has been detected, the standard deviation of the difference between the estimated acceleration value and the measured acceleration value is incremented by 1 ° for a range of ± 5 ° centered on the detected yaw direction mounting angle. In the same manner as described above, the yaw direction mounting angle is detected and updated by a predetermined method. When the yaw direction mounting angle detection process is performed in step a10, the process proceeds to step a11.

ステップa11において、加速度変換部18は、ヨー方向取付角が検出されたか否かを判断する。ステップa11において、ヨー方向取付角が検出されていると判断された場合は、ピッチ角を推定するために、ステップa12に移行し、ヨー方向取付角が検出されていないと判断された場合は、ピッチ角を推定することができないので、全ての処理手順を終了する。   In step a11, the acceleration conversion unit 18 determines whether or not the yaw direction attachment angle is detected. If it is determined in step a11 that the yaw direction mounting angle is detected, the process proceeds to step a12 to estimate the pitch angle, and if it is determined that the yaw direction mounting angle is not detected, Since the pitch angle cannot be estimated, all processing procedures are terminated.

ステップa12において、加速度変換部18は、加速度を変換する。具体的には、加速度変換部18は、別途設定されたピッチ方向取付角、およびヨー方向取付角検出部21によって検出されたヨー方向取付角に基づいて、式(34)と式(35)とで推定したY軸、Z軸の加速度推定値、X軸の加速度計測値から、以下に示す式(36)と式(37)とによって、図10に示すX軸加速度を算出する。 In step a12, the acceleration conversion unit 18 converts acceleration. Specifically, the acceleration conversion unit 18 uses the pitch direction mounting angle that is set separately and the yaw direction mounting angle detected by the yaw direction mounting angle detection unit 21, and formulas (34) and (35) Y S axis in the estimated acceleration estimated value of Z S axis, from the acceleration measurement values of X S axis, by the equation (37) equation (36) shown below to calculate the X B axis acceleration shown in FIG. 10 .

式(36)において、ASXは加速度センサ13によって計測される前後加速度計測値[m/s]であり、ASY−ESTは式(35)で求めた左右方向加速度[m/s]であり、ASZ−ESTは式(35)で求めた垂直方向加速度[m/s]である。 In Expression (36), A SX is a longitudinal acceleration measurement value [m / s 2 ] measured by the acceleration sensor 13, and A SY-EST is a lateral acceleration [m / s 2 ] obtained by Expression (35). A SZ-EST is the vertical acceleration [m / s 2 ] obtained by the equation (35).

式(37)において、CSBで用いる各取付角は、ピッチ方向取付角θp、ヨー方向取付角θy、およびロール方向取付角θrである。ピッチ方向取付角θpは、別途設定されたピッチ方向取付角であり、ヨー方向取付角θyは、ステップa10で検出されたヨー方向取付角であり、ロール方向取付角θrはゼロ(0)である。 In the formula (37), each mounting angle used in C SB, the pitch direction mounted angle theta] p, the yaw direction mounted angle [theta] y, and a roll direction attached angle [theta] r. The pitch direction mounting angle θp is a separately set pitch direction mounting angle, the yaw direction mounting angle θy is the yaw direction mounting angle detected in step a10, and the roll direction mounting angle θr is zero (0). .

ステップa13において、ピッチ角推定部19は、ピッチ角を推定する。具体的には、ピッチ角推定部19は、加速度変換処理8のX軸加速度変換値ABXと、距離計測部14の前後加速度ASPDとから、以下に示す式(38)でピッチ角を算出することによって、ピッチ角を推定する。ステップa13においてピッチ角を推定すると、全ての処理手順を終了する。 In step a13, the pitch angle estimation unit 19 estimates the pitch angle. Specifically, the pitch angle estimator 19 calculates the pitch angle from the X B axis acceleration conversion value A BX of the acceleration conversion process 8 and the longitudinal acceleration A SPD of the distance measurement unit 14 by the following equation (38). By calculating, the pitch angle is estimated. When the pitch angle is estimated in step a13, all processing procedures are terminated.

本実施の形態では、X軸のみの1軸加速度センサを備えた場合のヨー方向取付角検出方法の一例を説明したが、このような構成に限定されない。図11は、Y軸加速度の計測値および推定値を示すグラフである。図12は、Z軸加速度の計測値および推定値を示すグラフである。 In the present embodiment, an example of a method for detecting the attachment angle in the yaw direction when the uniaxial acceleration sensor having only the XS axis is provided has been described. However, the present invention is not limited to such a configuration. Figure 11 is a graph showing the measured value and the estimated value of Y S axis acceleration. FIG. 12 is a graph showing measured values and estimated values of Z S- axis acceleration.

図11において、横軸は、予め定める周期のセンサ計測数を示し、縦軸は、Ys軸加速度の計測値[m/s]および推定値[m/s]を示す。図11において、参照符号「46」で示されるグラフは、Ys軸加速度の計測値を示し、参照符号「47」で示されるグラフは、Ys軸加速度の推定値を示す。 In FIG. 11, the horizontal axis indicates the number of sensor measurements in a predetermined cycle, and the vertical axis indicates the measured value [m / s 2 ] and estimated value [m / s 2 ] of the Ys axis acceleration. In FIG. 11, the graph indicated by the reference symbol “46” indicates the measured value of the Ys-axis acceleration, and the graph indicated by the reference symbol “47” indicates the estimated value of the Ys-axis acceleration.

図12において、横軸は、予め定める周期のセンサ計測数を示し、縦軸は、Zs軸加速度の計測値[m/s]および推定値[m/s]を示す。図12において、参照符号「48」で示されるグラフは、Zs軸加速度の計測値を示し、参照符号「49」で示されるグラフは、Zs軸加速度の推定値を示す。 In FIG. 12, the horizontal axis represents the number of sensor measurements in a predetermined cycle, and the vertical axis represents the measured value [m / s 2 ] and estimated value [m / s 2 ] of the Zs-axis acceleration. In FIG. 12, the graph indicated by reference sign “48” indicates the measured value of the Zs-axis acceleration, and the graph indicated by reference sign “49” indicates the estimated value of the Zs-axis acceleration.

Xs軸に加えて、Y軸もしくはZ軸もある2軸、またはY軸およびZ軸もある3軸の加速度センサを備える場合には、図11に示すY軸加速度の計測値および推定値の一例、および図12に示すZ軸加速度の計測値および推定値の一例のように、X軸と同様に、Y軸およびZ軸の加速度をそれぞれ推定することができる。したがって、X軸以外の軸を用いて、ヨー方向取付角を検出してもよいし、また、備えてある軸全てを用いて、ヨー方向取付角を検出してもよい。 In addition to the Xs axis, when including the acceleration sensor of the Y S axis or Z S also biaxial axis or Y S axis and Z S also triaxial axis, the measurement value of Y S axis acceleration shown in FIG. 11 one example of and estimates, and as an example of the measured value and estimated value of Z S axis acceleration shown in FIG. 12, similarly to the X S axis, the acceleration of the Y S axis and Z S axis can be estimated, respectively . Therefore, using the axis other than the X S axis, it may be detected yaw direction mounted angle, also using all are equipped axis may detect yaw direction mounted angle.

また、本実施の形態では、ヨー方向取付角度全範囲について、5°刻みでヨー方向取付角を粗く検出してから、検出済みの角度を中心とする予め定めるヨー方向取付角度範囲について、1°刻みでヨー方向取付角を詳細に検出する。これに限定されず、ヨー方向取付角度全範囲の端から予め定めるヨー方向取付角度範囲について、最初から1°刻みで検出してもよい。また、検出分解能をさらに上げてもよい。   In the present embodiment, the yaw direction mounting angle is roughly detected in 5 ° increments for the entire yaw direction mounting angle range, and then the predetermined yaw direction mounting angle range centered on the detected angle is 1 °. The yaw direction mounting angle is detected in detail in increments. However, the present invention is not limited to this, and a predetermined yaw direction mounting angle range from the end of the entire yaw direction mounting angle range may be detected in increments of 1 ° from the beginning. Further, the detection resolution may be further increased.

また、本実施の形態では、右折あるいは左折が1回行われたときに、予め定める組数分の取付角検出用履歴を作成できるように履歴作成タイミングと履歴の大きさとを調整する。これに限定されず、ヨー方向取付角の検出状況に応じて調整してもよい。さらには、ヨー方向取付角の検出精度が低下するリスクが高くなる以下のケース(A),(B)では、履歴を初期化してもよい。   In the present embodiment, the history creation timing and the history size are adjusted so that a predetermined number of sets of attachment angle detection histories can be created when a right or left turn is performed once. However, the present invention is not limited to this, and it may be adjusted according to the detection state of the yaw direction mounting angle. Furthermore, the history may be initialized in the following cases (A) and (B) in which the risk of a decrease in the detection accuracy of the yaw direction mounting angle increases.

(A)ヨー方向取付角の検索角度範囲内で極小が2つ以上確認されたとき。   (A) When two or more minimums are confirmed within the search angle range of the yaw direction mounting angle.

(B)ピッチ角が予め定める角度以上になったとき。   (B) When the pitch angle is equal to or greater than a predetermined angle.

また、本実施の形態では、オイラー角(ロール、ピッチ、ヨー)による前述の式(1)〜式(4)の座標変換行列を用いたが、四元数による座標変換を行ってもよい。   Further, in the present embodiment, the coordinate transformation matrix of the above formulas (1) to (4) based on Euler angles (roll, pitch, yaw) is used. However, coordinate transformation using a quaternion may be performed.

以上のように本実施の形態によれば、取付角検出用履歴作成部20によって最新の予め定める組数分の履歴が作成され、作成された各組の履歴に基づいて、ヨー方向取付角検出部21によってヨー方向取付角θyが検出される。これによって、検知軸が1軸の加速度センサ13と、検知軸が1軸の角速度センサ12とを用いて、ヨー方向取付角θyを検出することができる。特に本実施の形態では、ピッチ方向取付角θpおよびヨー方向取付角θyがともに45°以下の範囲において、ヨー方向取付角θyを検出することができる。   As described above, according to the present embodiment, the history for the latest predetermined number of sets is created by the mounting angle detection history creating unit 20, and the yaw direction mounting angle is detected based on the created history of each set. The yaw direction mounting angle θy is detected by the unit 21. Accordingly, the yaw direction attachment angle θy can be detected using the acceleration sensor 13 having a single detection axis and the angular velocity sensor 12 having a single detection axis. In particular, in the present embodiment, the yaw direction attachment angle θy can be detected in a range where both the pitch direction attachment angle θp and the yaw direction attachment angle θy are 45 ° or less.

また本実施の形態では、ヨー方向取付角θyの検索角度範囲において、加速度推定値と加速度計測値との差異の標準偏差が極小となる角度をヨー方向取付角θyとするので、約1°相当の加速度センサの零点誤差、および温度変動(ドリフト)の影響を受け難い。また、緩やかな道路傾斜があっても、ヨー方向取付角θyを検出することができる。   Further, in the present embodiment, in the search angle range of the yaw direction attachment angle θy, the angle at which the standard deviation of the difference between the acceleration estimated value and the acceleration measurement value becomes the minimum is the yaw direction attachment angle θy, which corresponds to about 1 °. It is difficult to be affected by zero point error and temperature fluctuation (drift). Even if there is a gentle road inclination, the yaw direction attachment angle θy can be detected.

このように本実施の形態では、ヨー方向取付角θyを検出することができるので、ナビゲーション装置1の筐体が、ピッチ方向およびヨー方向に傾斜して車体に取付けられた場合であっても、各センサの出力に作用する他軸の影響を補正して、姿勢角および慣性力などを高精度に計測することができる。   Thus, in the present embodiment, since the yaw direction attachment angle θy can be detected, even when the casing of the navigation device 1 is attached to the vehicle body inclined in the pitch direction and the yaw direction, By correcting the influence of the other axis acting on the output of each sensor, the posture angle, the inertial force, and the like can be measured with high accuracy.

特に本実施の形態では、取付角検出用履歴作成部20は、加速度推定部17によって推定された複数の加速度推定値と、加速度計測部16によって計測された1つの加速度計測値とを1組として、最新の予め定める組数分の履歴を作成する。この履歴に基づいて、ヨー方向取付角検出部21によって、ヨー方向取付角θyが検出される。したがって、ヨー方向取付角θyを検出可能なナビゲーション装置1を簡単な構成で実現することができる。   In particular, in the present embodiment, the mounting angle detection history creating unit 20 sets a plurality of acceleration estimated values estimated by the acceleration estimating unit 17 and one acceleration measured value measured by the acceleration measuring unit 16 as one set. Then, the history for the latest predetermined number of sets is created. Based on this history, the yaw direction mounting angle detector 21 detects the yaw direction mounting angle θy. Therefore, the navigation device 1 capable of detecting the yaw direction attachment angle θy can be realized with a simple configuration.

また本実施の形態では、加速度推定部17は、距離計測部14によって計測された速度および前後方向加速度と、記ヨー角計測部15によって計測されたヨー角と、重力加速度とを用いて、ピッチ方向およびヨー方向における筐体の取付角として選択された取付角における前後方向加速度を推定する。これによって、ほぼ平坦な場所に限定すれば、速度センサ11と角速度センサ12とを用いて、任意の取付角度における3軸加速度を推定することができる。したがって、任意軸の加速度について、加速度計測値に合う加速度推定値を見つけることによって、その加速度推定値の算出に用いた角度からヨー方向取付角θyを検出することができる。   In the present embodiment, the acceleration estimation unit 17 uses the speed and longitudinal acceleration measured by the distance measurement unit 14, the yaw angle measured by the yaw angle measurement unit 15, and the gravitational acceleration. The longitudinal acceleration at the mounting angle selected as the mounting angle of the housing in the direction and the yaw direction is estimated. Thus, if limited to a substantially flat place, the triaxial acceleration at an arbitrary mounting angle can be estimated using the speed sensor 11 and the angular velocity sensor 12. Therefore, by finding an acceleration estimated value that matches the acceleration measurement value for the acceleration of an arbitrary axis, the yaw direction attachment angle θy can be detected from the angle used to calculate the acceleration estimated value.

また本実施の形態では、ヨー方向取付角検出部21は、ヨー方向取付角の検索角度範囲内で、加速度推定値と加速度計測値との差異の標準偏差が、取付角が大きくなる方向に行くのに従って小さくなるか、または取付角が小さくなる方向に行くのに従って小さくなる場合、標準偏差が小さくなる方向に検索角度範囲を移動する。またヨー方向取付角検出部21は、検索角度範囲内の両端以外で標準偏差が最小となる角度があり、その最小となる角度よりも取付角が大きくなる方向および小さくなる方向の両方に行くのに従って、標準偏差が大きくなる場合は、その最小となる角度を極小と判断する。   Further, in the present embodiment, the yaw direction attachment angle detection unit 21 has the standard deviation of the difference between the estimated acceleration value and the measured acceleration value in the direction in which the attachment angle increases within the search angle range of the yaw direction attachment angle. If it becomes smaller as the mounting angle becomes smaller or the mounting angle becomes smaller, the search angle range is moved in the direction where the standard deviation becomes smaller. In addition, the yaw direction mounting angle detection unit 21 has an angle at which the standard deviation is minimum except at both ends within the search angle range, and goes in both the direction in which the mounting angle is larger and the direction in which the mounting angle is smaller than the minimum angle. Accordingly, when the standard deviation increases, the minimum angle is determined to be the minimum.

これによって、ヨー方向取付角の検索範囲について、予め定める角度刻み毎の加速度推定値と加速度計測値との差異の標準偏差の傾向からヨー方向取付角θyがある方向が分かるので、自動的に、すなわち使用者が操作することなく、ヨー方向取付角の検索範囲を探し、特定することができる。   As a result, for the search range of the yaw direction mounting angle, the direction in which the yaw direction mounting angle θy is present can be determined from the tendency of the standard deviation of the difference between the acceleration estimated value and the acceleration measured value for each predetermined angular increment. That is, the search range of the yaw direction mounting angle can be searched and specified without the user's operation.

また本実施の形態では、加速度推定部17は、ヨー方向取付角が検出されていない場合、予め定める角度よりも大きい角度毎に加速度を推定し、ヨー方向取付角が検出された場合は、検出されたヨー方向取付角を中心とする検索角度範囲について、予め定める角度よりも小さい角度毎に加速度を推定する。   Further, in the present embodiment, the acceleration estimation unit 17 estimates the acceleration for each angle larger than a predetermined angle when the yaw direction attachment angle is not detected, and detects when the yaw direction attachment angle is detected. For the search angle range centered on the yaw direction mounting angle, the acceleration is estimated for each angle smaller than a predetermined angle.

これによって、ヨー方向取付角θyの検出状況に応じて検索範囲と検索分解能とを変更することができるので、初期の検出を迅速に行うことができる。また検出回数が上がる毎に段階的に検出分解能を小さくすることができる。また、検出処理の負荷を軽減することができる。   Thus, the search range and the search resolution can be changed according to the detection state of the yaw direction attachment angle θy, so that the initial detection can be performed quickly. Further, the detection resolution can be reduced step by step each time the number of detections increases. In addition, the detection processing load can be reduced.

また本実施の形態では、加速度推定部17は、ナビゲーション装置1の筐体の前後方向、左右方向および垂直方向の3軸の加速度を推定する。そして、ピッチ角推定部19は、加速度推定部17によって推定された3軸の加速度の推定値と、距離計測部14によって計測された速度および前後方向加速度と、ヨー角計測部15によって計測されたヨー角と、ピッチ方向取付角とを用いて、各軸の取付角が全て0°の場合の前後方向加速度を推定するとともに、3軸の加速度の推定値からピッチ角を推定する。   Further, in the present embodiment, the acceleration estimation unit 17 estimates three-axis accelerations in the front-rear direction, the left-right direction, and the vertical direction of the casing of the navigation device 1. The pitch angle estimator 19 is measured by the estimated value of the triaxial acceleration estimated by the acceleration estimator 17, the velocity and the longitudinal acceleration measured by the distance measuring unit 14, and the yaw angle measuring unit 15. The yaw angle and the pitch direction mounting angle are used to estimate the longitudinal acceleration when the mounting angles of each axis are all 0 °, and the pitch angle is estimated from the estimated values of the triaxial acceleration.

このように構成されることによって、速度センサ11と角速度センサ12とを用いて、任意の取付角度における3軸加速度を推定することができるので、左右方向加速度の影響を受けない前後方向加速度に変換して、正確なピッチ角φpを算出することができる。これによって、水平面のヨー角φyをより正確に計算することができる。したがって、ヨー方向取付角θyに起因する車両の位置の検出精度の低下、および誤マッチングを回避することができる。   With this configuration, the triaxial acceleration at an arbitrary mounting angle can be estimated using the velocity sensor 11 and the angular velocity sensor 12, so that the acceleration is converted into the longitudinal acceleration that is not affected by the lateral acceleration. Thus, an accurate pitch angle φp can be calculated. Thereby, the yaw angle φy of the horizontal plane can be calculated more accurately. Accordingly, it is possible to avoid a decrease in detection accuracy of the position of the vehicle due to the yaw direction mounting angle θy and an erroneous matching.

また本実施の形態では、取付角検出用履歴作成部20は、車両が予め定める角度以上旋回する毎に履歴を作成し、車両の左折または右折が1回行われた場合に、履歴の予め定める組数分が全て格納される。これによって、1回の右左折からヨー方向取付角θyを検出することができるので、初期の検出を迅速に行うことができる。また右左折する毎にヨー方向取付角θyの検出精度を高めることができる。したがって、車両の位置の検出精度を迅速に良好な状態にすることができる。   In the present embodiment, the mounting angle detection history creating unit 20 creates a history every time the vehicle turns more than a predetermined angle, and the history is determined in advance when the vehicle makes one left or right turn. All sets are stored. As a result, the yaw direction attachment angle θy can be detected from a single right / left turn, so that the initial detection can be performed quickly. Moreover, the detection accuracy of the yaw direction mounting angle θy can be increased every time the vehicle turns left or right. Therefore, the detection accuracy of the position of the vehicle can be quickly made good.

また本実施の形態では、取付角検出用履歴作成部20は、ヨー方向取付角検出部21によって、ヨー方向検索範囲内に極小が2つ以上存在すると判断された場合、およびピッチ角推定部19によって推定されたピッチ角が予め定める値よりも大きくなった場合の少なくとも一方の場合には、履歴を消去する。これによって、履歴からヨー方向取付角θyを正しく検出できない状況であることが分かるので、検出精度が低下する状況では、ヨー方向取付角θyが検出されないようにすることができる。したがって、ヨー方向取付角θyの誤検出を低減することができる。   In the present embodiment, the mounting angle detection history creation unit 20 determines that the yaw direction mounting angle detection unit 21 determines that there are two or more local minimums in the yaw direction search range, and the pitch angle estimation unit 19. In at least one of the cases where the pitch angle estimated by the above becomes larger than a predetermined value, the history is deleted. As a result, it can be seen from the history that the yaw direction mounting angle θy cannot be detected correctly, so that the yaw direction mounting angle θy can be prevented from being detected in a situation where the detection accuracy decreases. Therefore, erroneous detection of the yaw direction attachment angle θy can be reduced.

また本実施の形態では、加速度センサ13が2軸以上の加速度センサである場合、たとえば、加速度センサ13が、前後方向加速度とともに、ナビゲーション装置1の筐体の左右方向の加速度、および垂直方向の加速度の少なくとも一方を計測する2軸または3軸の加速度センサである場合には、ヨー方向取付角検出部21は、検知軸毎に検出したヨー方向取付角θyが一致するときに、そのヨー方向取付角θyを採用する。   In the present embodiment, when the acceleration sensor 13 is an acceleration sensor having two or more axes, for example, the acceleration sensor 13 includes the acceleration in the horizontal direction of the casing of the navigation device 1 and the acceleration in the vertical direction along with the longitudinal acceleration. In the case of a biaxial or triaxial acceleration sensor that measures at least one of the yaw direction attachment angle detection unit 21, the yaw direction attachment angle θy detected for each detection axis coincides with the yaw direction attachment angle. The angle θy is adopted.

すなわち、ヨー方向取付角検出部21は、前後方向加速度を計測可能な検知軸について、ヨー方向取付角を検出するとともに、加速度計測値と加速度推定値との差異が予め定める値以下であり、各方向で検出された角度が一致するとき、その角度をヨー方向取付角として求める。これによって、ヨー方向取付角θyの信頼性が向上するので、より高精度にヨー方向取付角θyを検出することができる。   That is, the yaw direction attachment angle detection unit 21 detects the yaw direction attachment angle for the detection axis capable of measuring the longitudinal acceleration, and the difference between the acceleration measurement value and the acceleration estimation value is equal to or less than a predetermined value. When the detected angles in the direction match, the angle is determined as the yaw direction mounting angle. Accordingly, the reliability of the yaw direction mounting angle θy is improved, so that the yaw direction mounting angle θy can be detected with higher accuracy.

また、ヨー方向取付角θyが既知のときに、推定値と計測値との差異が大きくなる場合には、坂道を走行中と判断できるので、ヨー方向取付角θyを検出した後は、水平状態であるか否かをより正確に判断することができる。これによって、検出する度に、ヨー方向取付角θyを、より正確な値に更新することができる。   Further, when the difference between the estimated value and the measured value becomes large when the yaw direction mounting angle θy is known, it can be determined that the vehicle is traveling on a slope, so that after the yaw direction mounting angle θy is detected, the horizontal state It can be determined more accurately whether or not. This makes it possible to update the yaw direction attachment angle θy to a more accurate value each time it is detected.

<第2の実施の形態>
図13は、本発明の第2の実施の形態であるナビゲーション装置2の構成を示すブロック図である。ナビゲーション装置2は、前述の第1の実施の形態のナビゲーション装置1と同様に、速度センサ11、角速度センサ12、加速度センサ13、距離計測部14、ヨー角計測部15、加速度計測部16、加速度推定部17、加速度変換部18、ピッチ角推定部19、取付角検出用履歴作成部20、ヨー方向取付角検出部21、地図データ記憶部22および道路照合部23を備えて構成される。
<Second Embodiment>
FIG. 13 is a block diagram showing a configuration of the navigation device 2 according to the second embodiment of the present invention. The navigation device 2 is similar to the navigation device 1 of the first embodiment described above, and includes a speed sensor 11, an angular velocity sensor 12, an acceleration sensor 13, a distance measurement unit 14, a yaw angle measurement unit 15, an acceleration measurement unit 16, and an acceleration. An estimation unit 17, an acceleration conversion unit 18, a pitch angle estimation unit 19, a mounting angle detection history creation unit 20, a yaw direction mounting angle detection unit 21, a map data storage unit 22, and a road matching unit 23 are configured.

本実施の形態のナビゲーション装置2は、第1の実施の形態のナビゲーション装置1と同一の構成であるが、ヨー方向取付角検出に係わる加速度推定部17、取付角検出用履歴作成部20およびヨー方向取付角検出部21の動作が異なる。したがって、本実施の形態では、第1の実施の形態と同一の部分については説明を省略し、異なる部分について説明する。   The navigation device 2 of the present embodiment has the same configuration as the navigation device 1 of the first embodiment, but includes an acceleration estimation unit 17 related to yaw direction mounting angle detection, a mounting angle detection history creation unit 20 and a yaw direction. The operation of the direction attachment angle detector 21 is different. Therefore, in the present embodiment, description of the same parts as those of the first embodiment will be omitted, and different parts will be described.

取付角検出用履歴作成部20は、加速度計測部16によって計測された加速度計測値と、距離計測部14によって計測された速度および前後方向加速度と、ヨー角計測部15によって計測されたヨー角とを1組として、最新の予め定める組数分の履歴を作成する。   The mounting angle detection history creation unit 20 includes an acceleration measurement value measured by the acceleration measurement unit 16, a speed and longitudinal acceleration measured by the distance measurement unit 14, and a yaw angle measured by the yaw angle measurement unit 15. As a set, the latest predetermined number of histories are created.

取付角検出用履歴作成部20によって履歴を作成した後は、加速度推定部17は、ヨー方向取付角検出部21から指定された推定条件に従って、ヨー方向取付角の検索角度範囲について、履歴各組の格納情報を用いて、予め定める角度刻み毎に、その角度とピッチ方向取付角に対応した任意検知軸の加速度を推定する。推定条件は、検索角度範囲、検索分解能および検知軸などである。   After the history is created by the mounting angle detection history creating unit 20, the acceleration estimating unit 17 sets each history set for the search angle range of the yaw direction mounting angle according to the estimation condition designated by the yaw direction mounting angle detecting unit 21. For each predetermined angle increment, the acceleration of the arbitrary detection axis corresponding to the angle and the pitch direction mounting angle is estimated. The estimation conditions are a search angle range, a search resolution, a detection axis, and the like.

ヨー方向取付角検出部21は、ヨー方向取付角の検出状況に応じて、加速度推定条件を加速度推定部17に与えるとともに、加速度推定部17の加速度推定値を計算した角度毎に、加速度推定値と加速度計測値との差異の標準偏差を求め、前記差異の標準偏差が極小となる加速度推定値の計算に用いた角度をヨー方向取付角とする。   The yaw direction attachment angle detection unit 21 gives an acceleration estimation condition to the acceleration estimation unit 17 according to the detection state of the yaw direction attachment angle, and for each angle at which the acceleration estimation value of the acceleration estimation unit 17 is calculated, an acceleration estimation value. The standard deviation of the difference between the measured value and the acceleration measurement value is obtained, and the angle used to calculate the estimated acceleration value at which the standard deviation of the difference is minimized is set as the yaw direction mounting angle.

図14および図15は、本発明の第2の実施の形態であるナビゲーション装置2における姿勢・慣性力計測処理の処理手順を示すフローチャートである。図14および図15に示すフローチャートの処理は、予め定める周期毎に開始され、ステップb1に移行する。   FIG. 14 and FIG. 15 are flowcharts showing the processing procedure of the posture / inertia force measurement processing in the navigation device 2 according to the second embodiment of the present invention. The processes of the flowcharts shown in FIGS. 14 and 15 are started at predetermined intervals, and the process proceeds to step b1.

図14および図15に示すフローチャートのステップb1〜ステップb5およびステップb11〜ステップb13の処理は、前述の図4および図5に示すフローチャートのステップa1〜ステップa5およびステップa11〜ステップa13の処理と同一であるので、説明を省略する。図14のステップb5において加速度が計測されると、図15のステップb6に移行する。   14 and FIG. 15 are the same as steps a1 to b5 and steps a11 to a13 in the flowcharts shown in FIGS. 4 and 5 described above. Therefore, explanation is omitted. When the acceleration is measured in step b5 in FIG. 14, the process proceeds to step b6 in FIG.

ステップb6〜ステップb10は、ヨー方向取付角の検出を行う処理である。ステップb6において、取付角検出用履歴作成部20は、履歴を作成する。   Steps b6 to b10 are processes for detecting the yaw direction mounting angle. In step b6, the mounting angle detection history creating unit 20 creates a history.

具体的には、取付角検出用履歴作成部20は、予め定める角度旋回する毎に、加速度計測部16によって計測された加速度計測値と、距離計測部14によって計測された速度および前後方向加速度と、ヨー角計測部15によって計測されたヨー角とを1組として、最新の予め定める組数分の履歴を作成する。目安として、右折あるいは左折が1回行われたときに、予め定める組数分の履歴を作成できるように、履歴作成タイミングと履歴の大きさを調整する。ステップb6において履歴が作成されると、ステップb7に移行する。   Specifically, the mounting angle detection history creation unit 20 performs the acceleration measurement value measured by the acceleration measurement unit 16 and the speed and longitudinal acceleration measured by the distance measurement unit 14 every time a predetermined angle turns. Then, the yaw angle measured by the yaw angle measurement unit 15 is taken as one set, and the history for the latest predetermined number of sets is created. As a guide, the history creation timing and the history size are adjusted so that a predetermined number of histories can be created when a right or left turn is made once. When a history is created in step b6, the process proceeds to step b7.

ステップb7において、加速度推定部17は、ピッチ方向取付角が検出されたか否かを判断する。ステップb7において、ピッチ方向取付角が検出されていると判断された場合は、ステップb8に移行し、ピッチ方向取付角が検出されていないと判断された場合は、ピッチ角を算出することができないので、全ての処理手順を終了する。   In step b7, the acceleration estimation unit 17 determines whether or not the pitch direction attachment angle is detected. If it is determined in step b7 that the pitch direction mounting angle is detected, the process proceeds to step b8. If it is determined that the pitch direction mounting angle is not detected, the pitch angle cannot be calculated. Therefore, all processing procedures are completed.

ステップb8において、取付角検出用履歴作成部20は、作成された履歴の数が、予め定める数以上か否かを判断する。ステップb8において、履歴格納数が予め定める数以上であると判断された場合は、ステップb9に移行し、履歴格納数が予め定める数未満であると判断された場合は、ヨー方向取付角の新たな検出はできないので、ステップb11に移行する。   In step b8, the attachment angle detection history creation unit 20 determines whether or not the number of created histories is equal to or greater than a predetermined number. If it is determined in step b8 that the history storage number is greater than or equal to the predetermined number, the process proceeds to step b9, and if it is determined that the history storage number is less than the predetermined number, a new yaw direction attachment angle is set. Therefore, the process proceeds to step b11.

ステップb9において、加速度推定部17は、加速度を推定する。具体的には、加速度推定部17は、ヨー方向取付角検出部21から指定された推定条件に従って、ヨー方向取付角の検索角度範囲について履歴各組の格納情報を用いて、予め定める角度刻み毎にその角度とピッチ方向取付角に対応した任意検知軸の加速度を図6に示すように推定する。ステップb9において加速度が推定されると、ステップb10に移行する。   In step b9, the acceleration estimation unit 17 estimates acceleration. Specifically, the acceleration estimation unit 17 uses the stored information of each set of history for the search angle range of the yaw direction attachment angle in accordance with the estimation condition specified by the yaw direction attachment angle detection unit 21, for each predetermined angle increment. The acceleration of the arbitrary detection axis corresponding to the angle and the pitch direction mounting angle is estimated as shown in FIG. When the acceleration is estimated in step b9, the process proceeds to step b10.

ステップb10において、ヨー方向取付角検出部21は、ヨー方向取付角の検出処理を行う。具体的には、ヨー方向取付角検出部21は、ヨー方向取付角の検出状況に応じて、加速度推定条件を加速度推定部17に与え、加速度推定部17によって推定された加速度推定値を計算した角度毎に、加速度推定値と加速度計測値との差異の標準偏差を取得する。そして、図7および図8に示すように、X軸について差異の標準偏差が極小となる加速度推定値の計算に用いた角度をヨー方向取付角として採用する。 In step b10, the yaw direction attachment angle detector 21 performs a yaw direction attachment angle detection process. Specifically, the yaw direction attachment angle detection unit 21 gives the acceleration estimation condition to the acceleration estimation unit 17 according to the detection state of the yaw direction attachment angle, and calculates the estimated acceleration value estimated by the acceleration estimation unit 17. For each angle, the standard deviation of the difference between the estimated acceleration value and the measured acceleration value is acquired. Then, as shown in FIGS. 7 and 8, employing the angle used in the calculation of the acceleration estimate the standard deviation of the differences is minimum for X S axis as yaw direction mounted angle.

ステップb10においてヨー方向取付角の検出処理が行われると、ステップb11に移行する。そして、ステップb11〜ステップb13において、前述の図4および図5に示すフローチャートのステップa11〜ステップa13と同様の処理を行う。   When the yaw direction attachment angle detection process is performed in step b10, the process proceeds to step b11. And in step b11-step b13, the process similar to step a11-step a13 of the flowchart shown in above-mentioned FIG. 4 and FIG. 5 is performed.

本実施の形態では、前述の第1の実施の形態と同様に、次のように行ってもよい。たとえば、Y軸もしくはZ軸もある2軸、またはY軸およびZ軸もある3軸の加速度センサを備える場合には、X軸以外の軸を用いて、ヨー方向取付角を検出してもよいし、備えてある軸全てを用いて、ヨー方向取付角を検出してもよい。 In the present embodiment, as in the first embodiment described above, the following may be performed. For example, in the case including the acceleration sensor of the Y S axis or Z S also biaxial axis or Y S axis and Z S also triaxial axis, using the axes other than the X S axis, a yaw direction mounted angle Alternatively, the yaw direction mounting angle may be detected using all the provided axes.

また、ヨー方向取付角度全範囲について、ヨー方向取付角を粗く検出してから、検出済みの角度を中心とする予め定めるヨー方向取付角度範囲について、ヨー方向取付角を詳細に検出してもよいし、ヨー方向取付角度全範囲の端から予め定めるヨー方向取付角度範囲について、最初から詳細に検出してもよい。   Further, after the yaw direction mounting angle is roughly detected for the entire range of yaw direction mounting angles, the yaw direction mounting angle may be detected in detail for a predetermined yaw direction mounting angle range centered on the detected angle. Then, the yaw direction mounting angle range determined in advance from the end of the entire yaw direction mounting angle range may be detected in detail from the beginning.

また、ヨー方向取付角の検出精度が低下するリスクが高くなる以下のケース(A),(B)では、履歴を初期化してもよい。   Further, in the following cases (A) and (B) in which the risk that the detection accuracy of the yaw direction mounting angle is lowered is high, the history may be initialized.

(A)ヨー方向取付角の検索角度範囲内で極小が2つ以上確認されたとき。   (A) When two or more minimums are confirmed within the search angle range of the yaw direction mounting angle.

(B)ピッチ角が予め定める角度以上になったとき。   (B) When the pitch angle is equal to or greater than a predetermined angle.

また、本実施の形態では、オイラー角による前述の式(1)〜式(4)の座標変換行列を用いたが、四元数による座標変換を行ってもよい。   Further, in the present embodiment, the coordinate transformation matrix of the above formulas (1) to (4) based on Euler angles is used, but coordinate transformation based on quaternions may be performed.

以上に述べた第2の実施の形態によれば、第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。さらに、本実施の形態では、取付角検出用履歴を1回作成すれば、ヨー方向取付角θyの検出角度範囲および検索角度の分解能を何度も変えて、ヨー方向取付角θyを再計算することが可能である。したがって、何度も右左折することなく、ヨー方向取付角θyを高分解能で迅速に検出することができる。   According to the second embodiment described above, an effect similar to that of the first embodiment can be obtained. Furthermore, in this embodiment, once the mounting angle detection history is created, the yaw direction mounting angle θy is recalculated by changing the detection angle range of the yaw direction mounting angle θy and the resolution of the search angle many times. It is possible. Therefore, the yaw direction mounting angle θy can be quickly detected with high resolution without making multiple turns.

以上に述べた第1および第2の実施の形態のナビゲーション装置1,2は、車両に搭載される車載用のナビゲーション装置、すなわちカーナビゲーション装置であるが、車両に搭載可能な、PND(Portable Navigation Device)、または、携帯端末装置たとえば携帯電話機、スマートフォンもしくはタブレット型端末装置にも適用することができる。   The navigation devices 1 and 2 according to the first and second embodiments described above are in-vehicle navigation devices mounted on a vehicle, that is, car navigation devices, but can be mounted on a vehicle. Device) or a mobile terminal device such as a mobile phone, a smartphone, or a tablet terminal device.

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせることが可能である。また、各実施の形態の任意の構成要素を適宜、変更または省略することが可能である。   The present invention can be freely combined with each embodiment within the scope of the invention. In addition, any component in each embodiment can be changed or omitted as appropriate.

1,2 ナビゲーション装置、11 速度センサ、12 角速度センサ、13 加速度センサ、14 距離計測部、15 ヨー角計測部、16 加速度計測部、17 加速度推定部、18 加速度変換部、19 ピッチ角推定部、20 取付角検出用履歴作成部、21 ヨー方向取付角検出部、22 地図データ記憶部、23 道路照合部。   1, 2 navigation device, 11 speed sensor, 12 angular velocity sensor, 13 acceleration sensor, 14 distance measurement unit, 15 yaw angle measurement unit, 16 acceleration measurement unit, 17 acceleration estimation unit, 18 acceleration conversion unit, 19 pitch angle estimation unit, 20 mounting angle detection history creation unit, 21 yaw direction mounting angle detection unit, 22 map data storage unit, 23 road matching unit.

Claims (10)

移動体に搭載可能なナビゲーション装置であって、
前記移動体の速度に応じた信号として、前記移動体の移動距離に応じたパルス信号を出力する速度センサと、
自装置の筐体の垂直方向における前記移動体の角速度を検知する検知軸を有し、前記角速度に応じた信号を出力する角速度センサと、
前記移動体の進行方向に沿う方向であって、前記自装置の筐体の前後方向における前記移動体の加速度を検知する検知軸を有し、前記加速度に応じた信号を出力する加速度センサと、
前記速度センサから出力される前記パルス信号に基づいて、前記移動体の移動距離、速度および前後方向加速度を計測する距離計測部と、
予め定めるタイミング毎に、予め定める検知軸の方向における前記移動体の角速度およびヨー角を計測するヨー角計測部と、
予め定めるタイミング毎に、予め定める検知軸の方向における前記移動体の加速度を計測する加速度計測部と、
ヨー方向における前記筐体の取付角の探索範囲である検索角度範囲について、予め定める角度刻み毎に、その角度と前記筐体のピッチ方向における取付角とに対応する検知軸の方向における前記移動体の加速度を推定する加速度推定部と、
前記加速度計測部によって計測された加速度計測値と、前記加速度推定部によって推定された加速度推定値とを1組として、または前記加速度計測値と、前記距離計測部によって計測された速度および前後方向加速度と、前記ヨー角計測部によって計測されたヨー角とを1組として、最新の予め定める組数分の履歴を作成する取付角検出用履歴作成部と、
作成された各組の履歴に基づいて、前記加速度推定値が計算された角度毎に、前記加速度推定値と前記加速度計測値との差異の標準偏差を求めるとともに、前記差異の標準偏差が極小となる加速度推定値を与える計算に用いられた角度を、前記ヨー方向における前記筐体の取付角として求めるヨー方向取付角検出部とを備えることを特徴とするナビゲーション装置。
A navigation device that can be mounted on a moving body,
A speed sensor that outputs a pulse signal corresponding to a moving distance of the moving body as a signal corresponding to the speed of the moving body;
An angular velocity sensor having a detection axis for detecting the angular velocity of the moving body in the vertical direction of the casing of the device itself, and outputting a signal corresponding to the angular velocity;
An acceleration sensor that has a detection axis for detecting the acceleration of the moving body in the front-rear direction of the casing of the device, and that outputs a signal corresponding to the acceleration, along the traveling direction of the moving body;
Based on the pulse signal output from the speed sensor, a distance measuring unit that measures the moving distance, speed, and longitudinal acceleration of the moving body;
A yaw angle measurement unit that measures an angular velocity and a yaw angle of the moving body in a direction of a predetermined detection axis for each predetermined timing;
An acceleration measuring unit that measures the acceleration of the moving body in the direction of a predetermined detection axis for each predetermined timing;
The movable body in the direction of the detection axis corresponding to the angle and the mounting angle in the pitch direction of the casing, for each predetermined angular increment, with respect to the search angle range that is the search range of the mounting angle of the casing in the yaw direction An acceleration estimator for estimating the acceleration of
The acceleration measurement value measured by the acceleration measurement unit and the acceleration estimation value estimated by the acceleration estimation unit as a set, or the acceleration measurement value and the velocity and longitudinal acceleration measured by the distance measurement unit And a yaw angle measured by the yaw angle measurement unit as a set, a mounting angle detection history creating unit for creating a history for the latest predetermined number of sets,
Based on the created history of each set, for each angle at which the estimated acceleration value is calculated, a standard deviation of the difference between the estimated acceleration value and the measured acceleration value is obtained, and the standard deviation of the difference is minimal. And a yaw direction attachment angle detection unit that obtains an angle used for the calculation that gives the estimated acceleration value as the attachment angle of the housing in the yaw direction.
前記取付角検出用履歴作成部は、前記加速度推定部によって推定された複数の加速度推定値と、前記加速度計測部によって計測された1つの加速度計測値とを1組として、最新の予め定める組数分の履歴を作成し、
前記ヨー方向取付角検出部は、前記取付角検出用履歴作成部によって前記履歴が作成された後に、作成された各組の履歴に基づいて、前記加速度推定値が計算された角度毎に、前記加速度推定値と前記加速度計測値との差異の標準偏差を求めるとともに、前記差異の標準偏差が極小となる加速度推定値を与える計算に用いられた角度を、前記ヨー方向における前記筐体の取付角として求め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。
The mounting angle detection history creating unit includes a plurality of acceleration estimation values estimated by the acceleration estimation unit and one acceleration measurement value measured by the acceleration measurement unit as one set, and the latest predetermined number of sets. Create a history of minutes,
The yaw direction mounting angle detection unit, for each angle for which the acceleration estimated value is calculated based on the history of each set created after the history is created by the mounting angle detection history creation unit, The angle used to calculate the standard deviation of the difference between the estimated acceleration value and the measured acceleration value and give the estimated acceleration value at which the standard deviation of the difference is minimized is the mounting angle of the housing in the yaw direction. The navigation device according to claim 1, wherein the navigation device is obtained as follows.
前記取付角検出用履歴作成部は、前記加速度計測部によって計測された加速度計測値と、前記距離計測部によって計測された速度および前後方向加速度と、前記ヨー角計測部によって計測されたヨー角とを1組として、最新の予め定める組数分の履歴を作成し、
前記加速度推定部は、前記取付角検出用履歴作成部によって前記履歴が作成された後に、作成された各組の履歴に基づいて、ヨー方向における前記筐体の取付角の探索範囲である検索角度範囲について、予め定める角度刻み毎に、その角度と前記筐体のピッチ方向における取付角とに対応する検知軸の方向における前記移動体の加速度を推定することを特徴とするナビゲーション装置。
The mounting angle detection history creating unit includes an acceleration measurement value measured by the acceleration measurement unit, a speed and longitudinal acceleration measured by the distance measurement unit, and a yaw angle measured by the yaw angle measurement unit. As one set, create the history for the latest predetermined number of sets,
The acceleration estimation unit is a search angle that is a search range of the mounting angle of the housing in the yaw direction based on the history of each set created after the history is created by the mounting angle detection history creating unit. A navigation apparatus characterized by estimating an acceleration of the moving body in a direction of a detection axis corresponding to an angle and a mounting angle in a pitch direction of the casing for each predetermined angle step.
前記加速度推定部は、前記距離計測部によって計測された前記速度および前記前後方向加速度と、前記ヨー角計測部によって計測されたヨー角と、重力加速度とを用いて、ピッチ方向およびヨー方向における前記筐体の取付角として選択された取付角における前記前後方向加速度を推定することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載のナビゲーション装置。   The acceleration estimation unit uses the velocity and the longitudinal acceleration measured by the distance measurement unit, the yaw angle measured by the yaw angle measurement unit, and the gravitational acceleration, and the pitch direction and the yaw direction in the yaw direction. The navigation apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the longitudinal acceleration at an attachment angle selected as an attachment angle of the housing is estimated. 前記ヨー方向取付角検出部は、前記ヨー方向における前記筐体の取付角の検索角度範囲内で、前記加速度推定値と加速度計測値との差異の標準偏差が、前記取付角が大きくなる方向に行くのに従って小さくなるか、または前記取付角が小さくなる方向に行くのに従って小さくなる場合、前記標準偏差が小さくなる方向に前記検索角度範囲を移動するとともに、前記検索角度範囲内の両端以外で前記標準偏差が最小となる角度があり、前記最小となる角度よりも前記取付角が大きくなる方向および小さくなる方向の両方に行くのに従って、前記標準偏差が大きくなる場合は、前記最小となる角度を極小と判断することを特徴とする請求項4に記載のナビゲーション装置。   The yaw direction mounting angle detection unit has a standard deviation of a difference between the acceleration estimated value and the acceleration measured value within a search angle range of the housing mounting angle in the yaw direction so that the mounting angle increases. When it becomes smaller as it goes or becomes smaller as it goes in the direction in which the mounting angle becomes smaller, the search angle range is moved in the direction in which the standard deviation becomes smaller, and the other than both ends in the search angle range There is an angle at which the standard deviation is minimum, and when the standard deviation increases as going to both the direction in which the mounting angle is larger and the direction in which the mounting angle is smaller than the minimum angle, the minimum angle is The navigation device according to claim 4, wherein the navigation device is determined to be minimal. 前記加速度推定部は、前記ヨー方向における前記筐体の取付角が検出されていない場合、予め定める角度よりも大きい角度毎に前記加速度を推定し、前記ヨー方向における前記筐体の取付角が検出された場合は、検出された前記取付角を中心とする前記検索角度範囲について、前記予め定める角度よりも小さい角度毎に前記加速度を推定することを特徴とする請求項4または5に記載のナビゲーション装置。   The acceleration estimating unit estimates the acceleration for each angle larger than a predetermined angle when the mounting angle of the housing in the yaw direction is not detected, and detects the mounting angle of the housing in the yaw direction. 6. The navigation according to claim 4, wherein the acceleration is estimated for each angle smaller than the predetermined angle with respect to the search angle range centered on the detected mounting angle. apparatus. 前記加速度推定部は、自装置の筐体の前後方向、左右方向および垂直方向の3軸の加速度を推定し、
前記加速度推定部によって推定された3軸の加速度の推定値と、前記距離計測部によって計測された速度および前後方向加速度と、前記ヨー角計測部によって計測されたヨー角と、ピッチ方向取付角とを用いて、各軸の取付角が全て0°の場合の前後方向加速度を推定するとともに、前記3軸の加速度の推定値からピッチ角を推定するピッチ角推定部を備えることを特徴とする請求項4に記載のナビゲーション装置。
The acceleration estimation unit estimates three-axis acceleration in the front-rear direction, the left-right direction, and the vertical direction of the housing of the device,
An estimated value of triaxial acceleration estimated by the acceleration estimation unit, a speed and a longitudinal acceleration measured by the distance measurement unit, a yaw angle measured by the yaw angle measurement unit, and a pitch direction attachment angle; And a pitch angle estimator for estimating the longitudinal angle when the mounting angles of all axes are all 0 ° and estimating the pitch angle from the estimated values of the three axes. Item 5. The navigation device according to Item 4.
前記取付角検出用履歴作成部は、前記移動体が予め定める角度以上旋回する毎に、履歴を作成し、
前記移動体の左折または右折が1回行われた場合に、前記履歴の予め定める組数分が全て格納されることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載のナビゲーション装置。
The mounting angle detection history creation unit creates a history every time the mobile body turns more than a predetermined angle,
The navigation apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein when a left turn or a right turn of the mobile body is performed once, all the predetermined number of sets of the history are stored.
前記取付角検出用履歴作成部は、前記ヨー方向取付角検出部によって、ヨー方向検索範囲内に極小が2つ以上存在すると判断された場合、および前記ピッチ角推定部によって推定されたピッチ角が予め定める値よりも大きくなった場合の少なくとも一方の場合に、前記履歴を消去することを特徴とする請求項5に記載のナビゲーション装置。   The mounting angle detection history creating unit determines whether the pitch angle estimated by the pitch angle estimating unit is determined by the yaw direction mounting angle detecting unit when it is determined that there are two or more local minimums in the yaw direction search range. 6. The navigation device according to claim 5, wherein the history is deleted in at least one of cases where the value is larger than a predetermined value. 前記加速度センサは、前記前後方向加速度とともに、自装置の筐体の左右方向の加速度、および垂直方向の加速度の少なくとも一方を計測する2軸または3軸の加速度センサであり、
前記ヨー方向取付角検出部は、前記前後方向加速度を計測可能な検知軸について、前記ヨー方向における前記筐体の取付角を検出するとともに、前記差異が予め定める値以下であり、各方向で検出された角度が一致するとき、その角度を前記ヨー方向における前記筐体の取付角として求めることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載のナビゲーション装置。
The acceleration sensor is a biaxial or triaxial acceleration sensor that measures at least one of a longitudinal acceleration and a vertical acceleration along with the longitudinal acceleration,
The yaw direction attachment angle detection unit detects the attachment angle of the housing in the yaw direction with respect to the detection axis capable of measuring the longitudinal acceleration, and the difference is not more than a predetermined value and is detected in each direction. The navigation device according to any one of claims 1 to 3, wherein when the determined angles coincide with each other, the angle is obtained as an attachment angle of the housing in the yaw direction.
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