车载导航装置.pdf

车载导航装置包括：距离传感器(2)；检测将壳体的垂直方向作为传感器检测轴的角速度的角速度传感器(1)；检测将壳体的水平面前后方向作为传感器检测轴的加速度的加速度传感器(3)；基于来自距离传感器的信号计测车体行进方向的速度和加速度的车体速度和加速度计测单元(42)；基于来自角速度传感器的信号计测角速度的角速度计测单元(41)；基于车体行进方向速度和角速度推定车体侧倾角的车体侧倾角推定单元(43)；输出壳体在横摆方向旋转而安装在车体上时的加速度传感器的输出信号的每隔规定角度的推定值的加速度传感器输出推定单元(45)；以及将得到与从来自加速度传感器的信号减去偏移分量的值最一致的推定值时的角度作为横摆方向车体安装角的横摆方向车体安装角检测单元(46)。

1.  一种车载导航装置，包括：
输出与车辆的移动距离相应的脉冲信号的距离传感器；
输出与将壳体的垂直方向作为传感器检测轴的角速度相应的信号的角速度传感器；
输出与将所述壳体的水平面前后方向作为传感器检测轴的加速度相应的信号的加速度传感器；
基于从所述距离传感器传送来的脉冲信号来计测车体行进方向速度及车体行进方向加速度的车体速度和加速度计测单元；
基于从所述角速度传感器输出的信号来计测角速度的角速度计测单元；
基于由所述车体速度和加速度计测单元计测的车体行进方向速度和由所述角速度计测单元计测的角速度来推定车体侧倾角的车体侧倾角推定单元；
在横摆方向的每隔规定角度推定所述壳体在横摆方向旋转而安装在车体上时的所述加速度传感器的输出信号的加速度传感器输出推定单元；以及
在由所述加速度传感器输出推定单元推定的推定值中，将得到与通过将从所述加速度传感器输出的信号减去该信号的偏移分量而得到的值最一致的推定值时的角度确定作为所述壳体的横摆方向车体安装角的横摆方向车体安装角检测单元。

2.  一种车载导航装置，其特征在于，包括：
输出与车辆的移动距离相应的脉冲信号的距离传感器；
输出与将壳体的垂直方向作为传感器检测轴的角速度相应的信号的角速度传感器；
输出与将所述壳体的水平面前后方向作为传感器检测轴的加速度相应的信号的加速度传感器；
基于从所述距离传感器传送来的脉冲信号来计测车体行进方向速度及车体行进方向加速度的车体速度和加速度计测单元；
基于从所述角速度传感器输出的信号来计测角速度的角速度计测单元；
基于由所述车体速度和加速度计测单元计测的车体行进方向速度和由所述角速度计测单元计测的角速度来推定车体侧倾角的车体侧倾角推定单元；
推定将由车体速度和加速度计测单元计测的车体行进方向加速度的加速度传感器信号分量和由车体侧倾角推定单元推定的车体侧倾角的加速度传感器信号分量合成的加速度传感器信号分量的加速度传感器输出推定单元；以及
在将从加速度传感器输出的信号减去由所述加速度传感器输出推定单元推定的加速度传感器信号分量的值即预偏移在规定的范围内的状态持续规定距离以上或者规定角度以上时，根据偏移基准值和预偏移的差异来确定壳体的俯仰方向车体安装角的俯仰方向车体安装角检测单元。

3.  如权利要求1所述的车载导航装置，其特征在于，包括：
基于由横摆方向车体安装角检测单元确定的横摆方向车体安装角，将由车体速度和加速度计测单元计测的车体行进方向加速度的加速度传感器信号分量和由车体侧倾角推定单元推定的车体侧倾角的加速度传感器信号分量进行合成并根据将从加速度传感器输出的信号减去由该合成得到的信号分量的剩余信号来推定车体俯仰角的车体俯仰角推定单元；以及
使用由所述车体俯仰角推定单元推定的车体俯仰角和由所述车体侧倾角推定单元推定的车体侧倾角来将壳体的垂直方向作为传感器检测轴的角速度和车体行进方向的加速度、速度及距离分别转换为绕铅垂轴的角速度和水平面行进方向的加速度、速度及距离的车体姿势校正单元。

4.  如权利要求2所述的车载导航装置，其特征在于，包括：
将由车体速度和加速度计测单元计测的车体行进方向加速度的加速度传感器信号分量和由车体侧倾角推定单元推定的车体侧倾角的加速度传感器信号分量进行合成并根据将从加速度传感器输出的信号减去由该合成得到的信号分量的剩余信号算出车体俯仰角，进一步校正使用由俯仰方向车体安装角检测单元确定的俯仰方向车体安装角算出的车体俯仰角的车体俯仰角推定单元；以及
使用由所述车体俯仰角推定单元推定的车体俯仰角和由所述车体侧倾角推定单元推定的车体侧倾角来将壳体的垂直方向作为传感器检测轴的角速度和车体行进方向的加速度、速度及距离分别转换为绕铅垂轴的角速度和水平面行进方向的加速度、速度及距离的车体姿势校正单元。

5.  如权利要求3所述的车载导航装置，其特征在于，
还包括使用由车体侧倾角推定单元推定的车体侧倾角和由角速度计测单元计测的角速度来计算加速度传感器的车体侧倾加速度信号分量的车体侧倾加速度信号分量推定单元，
车体俯仰角推定单元进一步使用由所述车体侧倾加速度信号分量推定单元计算的车体侧倾加速度信号分量算出车体俯仰角。

6.  如权利要求1所述的车载导航装置，其特征在于，
加速度传感器输出推定单元还推定将由车体速度和加速度计测单元计测的车体行进方向加速度的加速度传感器信号分量和由车体侧倾角推定单元推定的车体侧倾角的加速度传感器信号分量进行合成的加速度传感器信号分量，
车载导航装置包括：
在将从加速度传感器输出的信号减去由所述加速度传感器输出推定单元推定的加速度传感器信号分量的值即预偏移在规定的范围内的状态持续规定距离以上或者规定角度以上时，根据偏移基准值和预偏移的差异确定壳体的俯仰方向车体安装角的俯仰方向车体安装角检测单元；
评价由横摆方向车体安装角检测单元确定的横摆方向车体安装角及由所述俯仰方向车体安装角检测单元确定的俯仰方向车体安装角作用于测位精度的影响的车体安装角影响评价单元；以及
告知所述横摆方向车体安装角或者所述俯仰方向车体安装角的至少一个、和所述车体安装角影响评价单元所进行的评价结果的告知单元。

7.  如权利要求6所述的车载导航装置，其特征在于，包括：
车体俯仰角推定单元，该车体俯仰角推定单元基于由横摆方向车体安装角检测单元确定的横摆方向车体安装角，将由车体速度和加速度计测单元计测的车体行进方向加速度的加速度传感器信号分量和由车体侧倾角推定单元推定的车体侧倾角的加速度传感器信号分量进行合成，根据将从加速度传感器输出的信号减去由该合成得到的信号分量的剩余信号推定车体俯仰角，或者将由车体速度和加速度计测单元计测的车体行进方向加速度的加速度传感器信号分量和由车体侧倾角推定单元推定的车体侧倾角的加速度传感器信号分量进行合成，根据将从加速度传感器输出的信号减去由该合成得到的信号分量的剩余信号算出车体俯仰角，进一步校正使用由俯仰方向车体安装角检测单元确定的俯仰方向车体安装角算出的车体俯仰角；以及
使用由所述车体俯仰角推定单元推定的车体俯仰角和由所述车体侧倾角推定单元推定的车体侧倾角来将壳体的垂直方向作为传感器检测轴的角速度和车体行进方向的加速度、速度及距离分别转换为绕铅垂轴的角速度和水平面行进方向的加速度、速度及距离的车体姿势校正单元。

8.  如权利要求7所述的车载导航装置，其特征在于，
还包括输入对于由告知单元告知的内容的响应的操作输入单元，
车体姿势校正单元执行与来自所述操作输入单元的输入相应的转换。

9.  如权利要求3所述的车载导航装置，其特征在于，包括：
在将从加速度传感器输出的信号减去从车体俯仰角推定单元输出的信号的推定值的值在规定的范围内的状态持续规定距离以上或者规定角度以上时，使用该值校正加速度传感器的偏移的加速度传感器偏移校正单元。

车载导航装置
技术领域
本发明涉及计测车辆在包含斜坡的道路上行驶时的倾斜角、角速度、速度或者加速度等车体姿势有关的运动量的车载导航装置，特别涉及在车载导航装置的壳体以传感器检测轴倾斜的方式安装在车体上时也能校正作用于传感器输出的其他轴的影响、高精度计测车体姿势的技术。
背景技术
以往，在车载导航装置中，为了提高车辆的目前位置及方位的检测精度，在更准确求出水平面上的方位变化量及移动距离(速度)方面下了不少功夫。
例如，专利文献1中所披露的车辆位置检测装置，在车辆转向行驶时，当存在左右方向的车体倾斜或者横向的道路倾斜时，为了解决在由角速度传感器检测的横摆(yaw)角速度产生误差这样的问题，使用侧倾(roll)角推定横摆角速度的误差，修正随之产生的方位误差，进行车辆的位置计算或者考虑到方位误差的地图匹配。此时，使用角速度传感器和距离传感器，由规定的计算式算出侧倾角。
另外，专利文献2所披露的旋转面保存型角速度传感器，在车辆行驶在斜坡上时当存在车体行进方向的车体倾斜(俯仰(pitch)角)或者道路倾斜的情况下，为了解决角速度传感器检测的横摆角速度下降这样的问题，使用道路倾斜角来校正横摆角速度。此时，使用角速度传感器和距离传感器算出道路倾斜角。
另外，专利文献3所披露的车载用导航装置，为了解决下述的问题，即，由于距离传感器输出与车辆的车轮转速相应的脉冲信号，因此根据斜坡行驶时的脉冲信号算出的移动距离(速度)比沿水平面投影的距离(速度)要长，将产生误差，因而使用道路倾斜角来校正水平面的移动距离(速度)。另外，与专利文献2所披露的技术一样，使用道路倾斜角来校正横摆角速度。此时，根据由三轴加速度传感器检测的各轴向的加速度及由距离传感器计测的车辆的加速度，算出道路倾斜角。
另外，专利文献4所披露的角速度校正装置，在车辆转弯并行驶在斜坡上时，为了解决由加速度传感器检测的车体行进方向的加速度与车体左右方向的加速度分量叠加这样的问题，从由加速度传感器检测的加速度减去车体左右方向的加速度分量，计算俯仰角，基于该俯仰角来校正横摆角速度。此时，使用速度与横摆角速度算出车体左右方向的加速度分量。
并且，专利文献5所披露的道路形状计测装置与专利文献4所披露的技术一样，为了解决由加速度传感器检测的车体行进方向的加速度与车体左右方向的加速度分量叠加这样的问题，从由加速度传感器检测的加速度去除车体左右方向的加速度分量，计算道路倾斜角及道路横倾(bank)角(道路横向的倾斜角)。另外，由车高传感器检测受到车体行进方向的加减速或者车体左右方向的加速度的影响、而车体在行进方向或者左右方向倾斜的角度(俯仰角、侧倾角)，提取纯粹的道路倾斜角及车体横倾角。此时，使用由距离传感器计测的速度、由角速度传感器检测的横摆角速度及车体的旋转中心与加速度传感器的设置位置之间的距离，算出离心力。
专利文献1：日本专利特开平05-018765号公报
专利文献2：日本专利特开平06-324066号公报
专利文献3：日本专利特开平09-42979号公报
专利文献4：日本专利特开2005-140627号公报
专利文献5：日本专利3576789号公报
图1表示由车体的行进方向(X_B轴)、左右方向(Y_B轴)及X_B-Y_B平面的垂直方向(Z_B轴)的右手直角坐标系的三轴形成的固定于车体的坐标系(BodyFrame；B坐标系)。传感器检测轴与X_B轴，Y_B轴及Z_B轴的任意一个轴一致那样安装在车载导航装置的壳体上的角速度传感器及加速度传感器，检测绕传感器检测轴的角速度(侧倾角速度ω_B-roll、俯仰角速度ω_B-pitch及横摆角速度ω_B-yaw)和传感器检测轴方向的加速度(A_BX、A_BY和A_BZ)。另外，绕传感器检测轴的角速度的右旋转是正方向，单位是“rad/s”。
图2表示以水平面为基准的坐标系(Computer Frame；C坐标系)。例如，若车辆在斜坡上行驶，则由于车体相对于水平面倾斜，传感器检测轴会倾斜被称为车体的姿势角(特别是车体俯仰角θ_C-pitch和车体侧倾角θ_C-roll)的角度，因此传感器会受到其他轴的影响。特别是，关于加速度传感器，在信号处理时，不仅要考虑重力的影响，还需要考虑驾驶操作(加速器、制动器及方向盘操作)及离心力的影响。
图3是用于说明横摆方向的传感器安装角δθ_yaw及俯仰方向的传感器安装角δθ_pitch和水平面基准的姿势角的关系的图。在横摆方向或者俯仰方向的传感器安装角不是零时，由于传感器检测轴固定倾斜，因此始终受到其他轴的影响。另外，下标“B”表示B坐标系的参数，同样，下标“C”表示C坐标系的参数。
考虑到上述情况，车辆的位置及方位的检测精度由对于下面(1)～(3)的传感器信号处理能力决定。
(1)传感器检测轴相对于水平面的倾斜度的检测方法(特别是在使用加速度传感器时)
(2)传感器检测轴相对于水平面的倾斜度作用于绕传感器检测轴的角速度及加速度的影响
(3)对传感器产生的漂移误差的校正
对此，在专利文献1到专利文献3所披露的技术中，对于上述(1)及(2)，限定为道路倾斜引起的传感器检测轴的倾斜带来的单方面的传感器输出的影响，只进行距离及角速度的校正以及测位计算，没有考虑车体左右方向的加速度的影响。例如，在车辆转弯并行驶在斜坡上时或者在水平面高速转弯时，由于会将因车体左右方向的加速度的影响而变动的加速度传感器的输出信号检测作为道路倾斜角的影响，因此车辆的姿势角(特别是俯仰角)的计测误差变大。因此，会产生对由角速度传感器检测的横摆角速度或者由距离传感器检测的移动距离(速度)进行误修正的情况，很可能导致车辆的位置及方位的检测精度下降。
另外，在专利文献4和专利文献5所披露的技术中，对于上述(2)，考虑了车体左右方向的加速度来进行倾斜角检测及角速度校正，比专利文献1到专利文献3所披露的技术考虑到多方面的传感器输出的影响。然而，由于认为未考虑到上述(1)，因此对于B坐标系的任意轴，在车载导航装置的壳体旋转而安装在车体上时，即使在水平面行驶中，传感器检测轴也始终处于倾斜的状态。例如，若安装车载导航装置的壳体，使其在横摆方向旋转，则X_B轴的加速度传感器输出X_B轴加速度和Y_B轴加速度的合成加速度，但由于在专利文献4及专利文献5所披露的技术中没有考虑到这点，因此在转弯时会将Y_B轴加速度所引起的X_B轴加速度的变动量误检测为道路倾斜角，另外，产生角速度传感器检测的横摆角速度的误校正，很可能导致车辆的位置及方位的检测精度下降。
另外，关于专利文献1到专利文献5的任意一个专利文献，对于上述(3)，特别是由于没有恰当进行加速度传感器的漂移校正，因此在产生漂移时，车辆的姿势角(特别是俯仰角和侧倾角)的检测误差变大，很可能导致车辆的位置及方位的检测精度下降。
本发明是为了解决上述的问题而完成的，其目的在于提供一种能以高精度测定车辆的位置及方位的车载导航装置。
发明内容
为了达到上述目的，本发明所涉及的车载导航装置包括：输出与车辆的移动距离相应的脉冲信号的距离传感器；输出与将壳体的垂直方向作为传感器检测轴的角速度相应的信号的角速度传感器；输出与将壳体的水平面前后方向作为传感器检测轴的加速度相应的信号的加速度传感器；基于从距离传感器传送来的脉冲信号、计测车体行进方向速度及车体行进方向加速度的车体速度和加速度计测单元；基于从角速度传感器输出的信号、计测角速度的角速度计测单元；基于由车体速度和加速度计测单元计测的车体行进方向速度和由角速度计测单元计测的角速度、推定车体侧倾角的车体侧倾角推定单元；在横摆方向的每隔规定角度推定壳体在横摆方向旋转而安装在车体上时的加速度传感器的输出信号的加速度传感器输出推定单元；以及在由加速度传感器输出推定单元推定的推定值中、将得到与通过将从加速度传感器输出的信号减去该信号的偏移分量而得到的值最一致的推定值时的角度确定作为壳体的横摆方向车体安装角的横摆方向车体安装角检测单元。
根据本发明所涉及的车载导航装置，由于可以确定壳体的横摆方向车体安装角，因此可以使用该横摆方向车体安装角来校正车体姿势，能以高精度测定车辆的位置及方位。
附图说明
图1是用于说明在车体的右手直角坐标系的三轴产生的角速度的图。
图2是用于说明以水平面为基准的各轴的角速度和姿势角的图。
图3是用于说明横摆方向和俯仰方向的安装角和水平面基准的姿势角的关系的图。
图4是以车体姿势计测所涉及的部分为中心、表示本发明的实施方式1所涉及的车载导航装置的结构的方框图。
图5是以车体姿势计测处理为中心、表示本发明的实施方式1所涉及的车载导航装置的动作的流程图。
图6是以车体姿势计测所涉及的部分为中心、表示本发明的实施方式2所涉及的车载导航装置的结构的方框图。
图7是以车体姿势计测处理为中心、表示本发明的实施方式2所涉及的车载导航装置的动作的流程图。
图8是以车体姿势计测所涉及的部分为中心、表示本发明的实施方式3所涉及的车载导航装置的结构的方框图。
图9是表示将自动检测本发明的实施方式3所涉及的车载导航装置的车体安装角的结果及自动校正状况在画面上以对话框显示的例子的图。
图10是表示将自动检测本发明的实施方式3所涉及的车载导航装置的车体安装角的结果及车体安装角给位置精度带来的影响在画面上以对话框显示的例子的图。
图11是表示用于选择本发明的实施方式3所涉及的车载导航装置的车体安装角的自动检测结果和自动校正状况有关的画面的对话框显示及安装角的处置方法的软按钮的显示例的图。
具体实施方式
下面，为了更详细说明本发明，参照附图说明用于实施本发明的最佳方式。
实施方式1
图4是以车体姿势计测所涉及的部分为中心、表示本发明的实施方式1所涉及的车载导航装置的结构的方框图。该车载导航装置由：角速度传感器1、距离传感器2、加速度传感器3及信号处理器4构成，它们容纳在车载导航的壳体中。
角速度传感器1例如由陀螺构成，每隔规定周期检测将壳体的垂直方向作为传感器检测轴的角速度即横摆角速度。从该角速度传感器1输出的与角速度(横摆角速度)相应的信号传送至信号处理器4。距离传感器2输出与车辆的移动距离相应的脉冲信号。从该距离传感器2输出的脉冲信号传送至信号处理器4。加速度传感器3检测将壳体的水平面前后方向作为传感器检测轴的加速度。从该加速度传感器3输出的与加速度相应的信号传送至信号处理器4。
信号处理器4例如由计算机构成，根据预先储存在存储器(未图示)的控制程序执行用于实现车载导航所需的功能(位置检测、路径搜索、路径引导等)的处理。该信号处理器4包括：由控制程序构成的角速度计测单元41、车体速度和加速度计测单元42、车体侧倾角推定单元43、车体侧倾加速度信号分量推定单元44、加速度传感器输出推定单元45、横摆方向车体安装角检测单元46、车体俯仰角推定单元47、车体姿势校正单元48及加速度传感器偏移校正单元49。
角速度计测单元41基于从角速度传感器1传送来的信号，计测角速度。由该角速度计测单元41计测的角速度传送至车体侧倾角推定单元43、车体侧倾加速度信号分量推定单元44及车体姿势校正单元48。
车体速度和加速度计测单元42基于从距离传感器2传送来的脉冲信号，计测车体行进方向速度及车体行进方向加速度。由该车体速度和加速度计测单元42计测的车体行进方向速度传送至车体侧倾角推定单元43，车体行进方向加速度传送至加速度传感器输出推定单元45、车体俯仰角推定单元47及车体姿势校正单元48。
车体侧倾角推定单元43根据从车体速度和加速度计测单元42传送来的车体行进方向速度和从角速度计测单元41传送来的角速度(横摆角速度)，推定车体侧倾角。由该车体侧倾角推定单元43推定的车体侧倾角传送至车体侧倾加速度信号分量推定单元44、加速度传感器输出推定单元45及车体俯仰角推定单元47。
车体侧倾加速度信号分量推定单元44根据从角速度计测单元41传送来的角速度和从车体侧倾角推定单元43传送来的车体侧倾角，推定因车体左右方向的加速度的影响在车体倾侧时传感器检测轴倾斜而产生的俯仰角分量所带来的加速度信号分量。由该车体侧倾加速度信号分量推定单元44推定的加速度信号分量作为车体侧倾加速度信号分量传送至车体俯仰角推定单元47。
加速度传感器输出推定单元45根据从车体速度和加速度计测单元42传送来的车体行进方向加速度和从车体侧倾角推定单元43传送来的车体侧倾角及从车体侧倾加速度信号分量推定单元44传送来的因车体侧倾的影响而产生的车体俯仰角，每隔规定角度推定壳体在横摆方向旋转而安装在车体上时的加速度传感器3的输出信号。由该加速度传感器输出推定单元45推定的加速度传感器3的输出信号的推定值传送至横摆方向车体安装角检测单元46。
横摆方向车体安装角检测单元46将从加速度传感器3传送来的信号减去其信号的偏移分量的实测值和从加速度传感器输出推定单元45输出的推定值最一致的横摆方向的旋转角确定作为壳体的横摆方向车体安装角。由该横摆方向车体安装角检测单元46确定的横摆方向车体安装角传送至车体俯仰角推定单元47。
车体俯仰角推定单元47基于从横摆方向车体安装角检测单元46传送来的横摆方向车体安装角，将从车体速度和加速度计测单元42传送来的车体行进方向加速度的加速度传感器信号分量、以及从车体侧倾角推定单元43传送来的车体侧倾角的加速度传感器信号分量进行合成，根据从加速度传感器3的输出信号减去合成分量的剩余信号，算出车体俯仰角。由该车体俯仰角推定单元47算出的车体俯仰角传送至车体姿势校正单元48。
车体姿势校正单元48使用从车体俯仰角推定单元47传送来的车体俯仰角和从车体侧倾角推定单元43传送来的车体侧倾角，将传感器检测轴的角速度(横摆角速度)和车体行进方向的加速度、速度及距离，分别转换为绕铅垂轴的角速度(横摆角速度)和水平面行进方向的加速度、速度及距离。
加速度传感器偏移校正单元49在从加速度传感器3的输出信号减去车体俯仰角推定单元47的输出信号推定值的值(预偏移)在规定的范围内的状态持续规定距离以上或者规定角度以上时，使用预偏移校正加速度传感器3的偏移。
另外，加速度传感器输出推定单元45和横摆方向车体安装角检测单元46在横摆方向的车体安装角未检测时动作，车体俯仰角推定单元47、车体姿势校正单元48及加速度传感器偏移校正单元49在横摆方向的车体安装角已检测时动作。
接下来，以车体姿势计测处理为中心，参照图5所示的流程图，说明上述那样构成的本发明的实施方式1所涉及的车载导航装置的动作。该车体姿势计测处理以规定周期起动。
在车体姿势计测处理中，首先检查是否需要将装入信号处理器4的控制程序初始化(步骤ST501)。在由于车辆的发动机的起动而电力开始提供至车载导航装置时需要初始化。在该步骤ST501中，若判断为需要初始化，则进行初始化处理(步骤ST502)。即，将装入信号处理器4的各控制程序初始化。在上述步骤ST501中，若判断为不需要初始化，则跳过步骤ST502的处理。
接下来，进行角速度计测处理(步骤ST503)。即，角速度计测单元41基于从角速度传感器1每隔规定周期传送来的与角速度(横摆角速度)相应的信号，计测绕传感器检测轴的角速度ω_B-yaw，传送至车体侧倾角推定单元43、车体侧倾加速度信号分量推定单元44及车体姿势校正单元48。
接下来，进行车体速度和加速度计测处理(步骤ST504)。即，车体速度和加速度计测单元42基于在规定周期间从距离传感器2传送来的脉冲信号，计测车体行进方向速度V_BX和车体行进方向加速度A_BX。由该车体速度和加速度计测单元42计测的车体行进方向速度V_BX传送至车体侧倾角推定单元43，车体行进方向加速度A_BX传送至加速度传感器输出推定单元45、车体俯仰角推定单元47及车体姿势校正单元48。
接下来，进行车体侧倾角推定处理(步骤ST505)。即，车体侧倾角推定单元43使用从车体速度和加速度计测单元42传送来的车体行进方向速度V_BX和从角速度计测单元41传送来的角速度(横摆角速度)ω_B-yaw，依次执行下式(1)～(3)，从而依次算出车辆的转弯半径R(m)、车体左右方向的加速度A_BY(m/s²)及车体侧倾角θ_C-roll(rad)。由该车体侧倾角推定单元43算出的车体侧倾角θ_C-roll传送至车体侧倾加速度信号分量推定单元44、加速度传感器输出推定单元45及车体俯仰角推定单元47。
R＝V_BX/|ω_B-yaw|…(1)
A_BY＝ω_B-yaw²R；(ω_B-yaw≥0)
＝-ω_B-yaw²R；(ω_B-yaw＜0)…(2)
θ_C-roll＝sin^-1(A_BY/G)…(3)
此处，G是重力加速度(m/s²)。
接下来，进行车体侧倾加速度信号分量推定处理(步骤ST506)。即，车体侧倾加速度信号分量推定单元44使用从角速度计测单元41传送来的角速度(横摆角速度)ω_B-yaw和从车体侧倾角推定单元43传送来的车体侧倾角θ_C-roll，根据下式(4)，计算因车体侧倾的影响而产生的车体俯仰角Δθ_{C-roll-＞pitch}(rad)，传送至车体俯仰角推定单元47。
Δθ_{C-roll-＞pitch}＝-2ω_B-yawsin(θ_C-roll)…(4)
接下来，检查横摆方向的车体安装角是否未检测(步骤ST507)。在该步骤ST507中，若判断为横摆方向的车体安装角未检测，则接下来进行加速度传感器输出推定处理(步骤ST508)。即，加速度传感器输出推定单元45使用下式(5)到式(7)，依次算出：由于车体行进方向加速度A_BX而产生的加速度传感器输出信号分量ΔS_C-drive(mV)、由于因车体侧倾的影响而产生的车体俯仰角Δθ_{C-roll-＞pitch}所产生的加速度传感器输出信号分量ΔS_{C-roll-＞pitch}(mV)、加速度传感器3旋转90度而检测车体侧倾角作为车体俯仰角时的加速度传感器3的输出信号ΔS_C-roll(mV)。之后，每隔规定角度，使用下式(8)，计算壳体在横摆方向旋转而安装在车体上时的加速度传感器3的输出信号的推定值ΔS_prs-est(mV)，传送至横摆方向车体安装角检测单元46。另外，上述的Δθ_{C-roll-＞pitch}和ΔS_{C-roll-＞pitch}是因车体侧倾的影响而产生的车体俯仰角(deg)和加速度传感器输出信号分量(mV)，是单位不同的相同分量。
ΔS_C-drive＝(A_BX/G)SF_prs…(5)
ΔS_{C-roll-＞pitch}＝-Gsin(Δθ_{C-roll-＞pitch})SF_prs…(6)
ΔS_C-roll＝Gsin(θ_C-roll)SF_prs…(7)
ΔS_prs-est＝(ΔS_C-drive+ΔS_{pitch-＞roll})cos(δθ_C-yaw)+ΔS_C-rollsin(δθ_C-yaw)…(8)
此处，SF_prs是加速度传感器3的比例因子(mV/G)。
接下来，进行横摆方向车体安装角检测处理(步骤ST509)。即，横摆方向车体安装角检测单元46将从加速度传感器3传送来的信号减去其偏移分量的实测值ΔS_prs-mes(mV)、以及在加速度传感器输出推定单元45中使用式(8)计算的每隔规定角度的推定值ΔS_prs-est(mV)进行比较，每隔规定角度记录规定区间量的比较结果。然后，在规定区间量的比较结果一致时，确定算出与实测值ΔS_prs-mes最一致的推定值ΔS_prs-est时所使用的横摆方向车体安装角δθ_C-yaw(rad)，与推定值ΔS_prs-est一起传送至车体俯仰角推定单元47。然后，在储存车体安装角已检测的情况后，结束车体姿势计测处理。另外，在规定区间量的比较结果不一致时，为了进行下次比较，储存车体安装角未检测的情况，结束车体姿势计测处理。
在上述步骤ST507中，若判断为已检测横摆方向的车体安装角，则接下来进行车体俯仰角推定处理(步骤ST510)。即，车体俯仰角推定单元47使用从横摆方向车体安装角检测单元46传送来的、使用上式(8)计算的加速度传感器3的输出信号的推定值ΔS_prs-est和实测值ΔS_prs-mes，根据下式(9)计算车体俯仰角θ_C-pitch(rad)，传送至车体姿势校正单元48。
θ_C-pitch＝sin^-1{(ΔS_prs-mes-ΔS_prs-est)/SF_prs}…(9)
接下来，进行车体姿势校正处理(步骤ST511)。即，车体姿势校正单元48使用从角速度计测单元41传送来的传感器检测轴的角速度(横摆角速度)ω_B-yaw、从车体侧倾角推定单元43传送来的车体侧倾角θ_C-roll及从车体俯仰角推定单元47传送来的车体俯仰角θ_C-pitch，根据式(10)转换为绕铅垂轴的角速度ω_C-yaw(rad)，根据式(11)将车体行进方向的速度V_BX转换为水平面上的速度V_Cx后输出至外部。另外，式(10)中，Δt是规定周期(s)。在将车体行进方向的距离或者加速度转换为水平面上的距离或者加速度时，使用与式(11)同样的式子。
ω_C-yaw＝{(θ_C-pitch/Δt)sinθ_C-roll+ω_B-yawcosθ_C-roll}/cosθ_C-pitch…(10)
V_Cx＝V_BXcosθ_C-pitch…(11)
接下来，进行加速度传感器偏移校正处理(步骤ST512)。即，加速度传感器偏移校正单元49在将从加速度传感器3的输出信号、减去在车体俯仰角推定单元47中使用式(8)计算的输出信号推定值的值(预偏移)在规定的范围内的状态持续规定距离以上或者规定角度以上时，将斜坡上的车体俯仰角的影响作为较小的影响，使用预偏移来校正加速度传感器的偏移后，结束车体姿势计测处理。当预偏移不在规定的范围内时、或者在规定范围内的状态不到规定距离或者不到规定角度时，判断为不能校正加速度传感器的偏移，结束车体姿势计测处理。
如以上说明那样，根据本发明的实施方式1所涉及的车载导航装置，由于能以已有的传感器结构(距离传感器、角速度传感器及加速度传感器的组合)推定其壳体在横摆方向旋转而安装在车体上时的车体行进方向的加速度传感器的输出信号，因此通过对于加速度传感器的输出信号搜寻与实测值最一致的推定值，可以自动确定横摆方向车体安装角。据此，车载导航装置在横摆方向旋转而安装在车体上时，使用受到其他轴影响的传感器信号，可以解决对角速度或加速度等车体姿势进行误计测这样的以往问题。
另外，通过壳体在横摆方向旋转而安装在车体上，即使车体行进方向的加速度传感器的输出信号与车体左右方向加速度分量叠加、或者车体行进方向加速度分量衰减，也能根据加速度传感器的输出信号适当检测俯仰角，可以准确检测绕铅垂轴的角速度(横摆角速度)、和水平面行进方向的加速度、速度及距离。即，由于基于自动检测车载导航装置的横摆方向车体安装角的结果，可以自动校正传感器检测轴的倾斜作用于车体姿势的影响，因此当车载导航装置在横摆方向旋转而安装在车体上时，使用受到其他轴影响的传感器信号，可以解决对角速度或加速度等车体姿势进行误计测这样的以往问题。
另外，即使车体由于离心力而在横向倾斜，但由于推定车体侧倾所引起的加速度信号分量，算出车体俯仰角，因此在车辆转弯并行驶在斜坡上时、或者在水平面高速转弯时，可以消除车体俯仰角的误检测，防止车辆的位置及方位的检测精度下降。即，由于基于原理对作用在加速度传感器的惯性力进行校正计算，从而可以更准确计测车体姿势，因此，可以校正车载导航装置的车体安装角的影响，并且还可以解决在车辆转弯并行驶在斜坡上时、或者在水平面高速转弯时引起车辆的位置及方位的检测精度下降的以往问题。
另外，在完成壳体的车体安装角的检测后，在从加速度传感器输出信号减去输出信号推定值的值(预偏移)在规定的范围内的状态持续规定距离以上或者规定角度以上时，由于使用预偏移校正加速度传感器的偏移，因此，可以经常检测及校正加速度传感器产生的漂移，可以高精度地计测车体的姿势角、水平面上的移动距离及速度。即，更恰当判断传感器检测轴相对于水平面的倾斜状况，即使在车辆行驶中，也由于通过去除与角速度传感器或者加速度传感器的信号叠加的惯性力的分量，而更适当提取及校正漂移误差，提高车体姿势的计测精度，因此，在不能充分校正车载导航装置所使用的角速度传感器或者加速度传感器产生的漂移误差时，可以解决导致车体姿势的计测精度的下降这样的以往问题。
实施方式2
在上述的实施方式1所涉及的车载导航装置中，是进行壳体在横摆方向旋转而安装在车体上时的车体安装角的检测及车体姿势校正，但在本实施方式2所涉及的车载导航装置中，是进行壳体在俯仰方向倾斜而安装在车体上时的车体安装角的检测及车体姿势校正。另外，在下面，省略或者简化说明与实施方式1相同的部分，以不同的部分为中心进行说明。
图6是以车体姿势计测所涉及的部分为中心、表示本发明的实施方式2所涉及的车载导航装置的结构的方框图。该车载导航装置是将实施方式1所涉及的车载导航装置的横摆方向车体安装角检测单元46替换为俯仰方向车体安装角检测单元50而构成的。
加速度传感器输出推定单元45和俯仰方向车体安装角检测单元50在俯仰方向的车体安装角未检测时动作。车体俯仰角推定单元47、车体姿势校正单元48及加速度传感器偏移校正单元49在俯仰方向的车体安装角已检测时动作。
接下来，以车体姿势计测处理为中心，参照图7所示的流程图，说明上述那样构成的本发明的实施方式2所涉及的车载导航装置的动作。该车体姿势计测处理以规定周期起动。
在车体姿势计测处理中，首先检查是否需要将装入信号处理器4的控制程序初始化(步骤ST701)。在该步骤ST701中，若判断为需要初始化，则进行初始化处理(步骤ST702)。在上述步骤ST701中，若判断为不需要初始化，则跳过步骤ST702的处理。这些步骤ST701及步骤ST702的处理与图5所示的流程图的步骤ST501及步骤ST502的处理相同。
接下来，进行角速度计测处理(步骤ST703)。即，角速度计测单元41基于从角速度传感器1每隔规定周期传送来的与角速度(横摆角速度)相应的信号，计测绕传感器检测轴的角速度ω_B-yaw，并且对角速度ω_B-yaw进行时间积分，计算车体横摆角θ_B-yaw。
接下来，进行车体速度和加速度计测处理(步骤ST704)。即，车体速度和加速度计测单元42基于在规定周期间从距离传感器2传送来的脉冲信号，计测车体行进方向移动距离L_BX、车体行进方向速度V_BX及车体行进方向加速度A_BX。
接下来，进行车体侧倾角推定处理(步骤ST705)。该步骤ST705的处理与图5所示的流程图的步骤ST505的处理相同。接下来，进行车体侧倾加速度信号分量推定处理(步骤ST706)。该步骤ST706的处理与图5所示的流程图的步骤ST506的处理相同。
接下来，检查俯仰方向的车体安装角是否未检测(步骤ST707)。在该步骤ST707中，若判断为俯仰方向的车体安装角未检测，则接下来进行加速度传感器输出推定处理(步骤ST708)。即，加速度传感器输出推定单元45使用上式(5)及式(6)，依次算出由于车体行进方向加速度A_BX而产生的加速度传感器输出信号分量ΔS_C-drive(mV)、及由于因车体侧倾的影响而产生的车体俯仰角Δθ_{C-roll-＞pitch}所产生的加速度传感器输出信号分量ΔS_{C-roll-＞pitch}(mV)后，每隔规定角度，使用下式(12)，计算壳体在俯仰方向旋转而安装在车体上时的加速度传感器3的输出信号的推定值ΔS_prs-est(mV)，传送至俯仰方向车体安装角检测单元50。另外，上述的Δθ_{C-roll-＞pitch}和ΔS_{C-roll-＞pitch}是因车体侧倾的影响而产生的车体俯仰角(deg)和加速度传感器输出信号分量(mV)，是单位不同的相同分量。
ΔS_prs-est＝ΔS_C-drive+ΔS_{pitch-＞roll}…(12)
接下来，进行俯仰方向车体安装角检测处理(步骤ST709)。即，俯仰方向车体安装角检测单元50将从加速度传感器3传送来的信号减去偏移分量的实测值ΔS_prs-mes(mV)、与在加速度传感器输出推定单元45中使用式(12)计算的推定值ΔS_prs-est(mV)的差异在规定的范围时，将下面的数据(加速度传感器3的输出信号、由式(12)计算的推定值ΔS_prs-est、车体横摆角θ_B-yaw、车体行进方向移动距离L_BX、时间等)作为一个记录保存在历史记录中。
然后，在历史记录的多个记录中，可以确认有规定距离以上或者规定角度以上的车辆移动，且在根据多个记录的加速度传感器3的输出信号，由式(12)计算的推定值ΔS_prs-est之差(预偏移)在规定值以内时，判断为车辆在水平面行驶，并可以检测俯仰方向车体安装角，根据多个记录的偏移基准值ΔS_prs-of-typ和预偏移ΔS_prs-of-kari之差的平均值，按照下式(13)计算出壳体的俯仰方向车体安装角δθ_C-pitch，传送至车体俯仰角推定单元47后，结束车体姿势计测处理。
δθ_C-pitch＝asin^-1{(ΔS_prs-of-kari-ΔS_prs-of-typ)/SF_prs}…(13)
另一方面，在实测值ΔS_prs-mes和推定值ΔS_prs-est的差异不在规定的范围内时，在历史记录的多个记录中，不能确认有规定距离以上或者规定角度以上的车辆移动的情况下；以及根据多个记录的加速度传感器3的输出信号而推定值ΔS_prs-est之差(预偏移)的范围超过规定值的情况下，由于不能判断车辆在水平面行驶，因此结束车体姿势计测处理。
在上述步骤ST707中，若判断为俯仰方向的车体安装角已检测，则接下来进行车体俯仰角推定处理(步骤ST710)。即，车体俯仰角推定单元47使用从俯仰方向车体安装角检测单元50传送来的、使用上式(8)计算的加速度传感器3的输出信号的推定值ΔS_prs-est和实测值ΔS_prs-mes，根据下式(14)计算车体俯仰角θ_C-pitch(rad)，传送至车体姿势校正单元48。
θ_C-pitch＝sin^-1{(ΔS_prs-mes-ΔS_prs-est)/SF_prs}-δθ_C-pitch…(14)
接下来，进行车体姿势校正处理(步骤ST711)。该步骤ST711的处理与图5所示的流程图的步骤ST511的处理相同。接下来，进行加速度传感器偏移校正处理(步骤ST712)。该步骤ST712的处理与图5所示的流程图的步骤ST512的处理相同。如上所述，结束车体姿势计测处理。
如以上说明那样，根据本发明的实施方式2所涉及的车载导航装置，由于能以已有的传感器结构(距离传感器、角速度传感器及加速度传感器的组合)提取壳体在俯仰方向倾斜而安装在车体上时的车体行进方向的加速度传感器的输出信号，因此可以根据偏移基准值和加速度传感器的输出信号的差异，自动确定俯仰方向车体安装角。据此，车载导航装置在俯仰方向倾斜而安装时，使用受到其他轴影响的传感器信号，可以解决对角速度或者加速度等车体姿势进行误计测的这样的以往问题。
另外，通过壳体在俯仰方向倾斜而安装在车体上，即使加速度传感器的输出信号与固定的误差分量叠加，也可以将车体行进方向加速度的加速度传感器信号分量和车体侧倾角的加速度传感器信号分量合成，根据从加速度传感器的输出信号减去合成加速度的剩余分量算出车体俯仰角，准确检测绕铅垂轴的角速度(横摆角速度)、和水平面行进方向的加速度、速度及距离。即，由于基于自动检测车载导航装置的俯仰方向车体安装角的结果，可以自动校正传感器检测轴的倾斜作用于车体姿势的影响，因此当车载导航装置在俯仰方向倾斜而安装在车体上时，使用受到其他轴影响的传感器信号，可以解决对角速度或加速度等车体姿势进行误计测这样的以往问题。
另外，即使车体由于离心力在横向倾斜，但由于推定车体侧倾所引起的加速度信号分量，算出车体俯仰角，因此在车辆转弯并行驶在斜坡上时、或者在水平面高速转弯时，可以消除车体俯仰角的误检测，防止车辆的位置及方位的精度下降。即，由于通过基于原理对作用在加速度传感器的惯性力进行校正计算，可以更准确计测车体姿势，因此，可以校正车载导航装置的车体安装角的影响，并且解决在车辆转弯并行驶在斜坡上时、或者在水平面高速转弯时引起车辆的位置及方位的检测精度下降的以往问题。
另外，在完成壳体的车体安装角的检测后，在从加速度传感器输出信号减去输出信号推定值的值(预偏移)在规定的范围内的状态持续规定距离以上或者规定角度以上时，由于使用预偏移校正加速度传感器的偏移，因此，可以经常检测及校正加速度传感器产生的漂移，可以高精度地计测车体的姿势角、水平面上的移动距离及速度。即，更恰当判断传感器检测轴相对于水平面的倾斜状况，即使在车辆行驶中，也由于通过去除与角速度传感器或者加速度传感器的信号叠加的惯性力的分量，而更适当提取及校正漂移误差，提高车体姿势的计测精度，因此，在不能充分校正车载导航装置所使用的角速度传感器或者加速度传感器产生的漂移误差时，可以解决导致车体姿势的计测精度的下降这样的以往问题。
实施方式3
在上述的实施方式1所涉及的车载导航装置中，是进行壳体在横摆方向旋转而安装在车体上时的车体安装角的检测及车体姿势校正，在实施方式2所涉及的车载导航装置中，是进行壳体在俯仰方向倾斜而安装在车体上时的车体安装角的检测及车体姿势校正，但在本实施方式3所涉及的车载导航装置中，是进行壳体在横摆方向旋转且在俯仰方向倾斜而安装在车体上时的车体安装角的检测及车体姿势校正。下面，省略或者简化说明与实施方式1和实施方式2相同的部分，以不同的部分为中心进行说明。
图8是以车体姿势计测所涉及的部分为中心、表示本发明的实施方式3所涉及的车载导航装置的结构的方框图。该车载导航装置是这样构成的，即，对实施方式1所涉及的车载导航装置追加告知单元5及操作输入单元6，并对实施方式1所涉及的车载导航装置的信号处理器4追加俯仰方向车体安装角检测单元50、车体安装角影响评价单元51及告知控制单元52。
告知单元5例如可以由车载导航装置的监视器构成。该告知单元5根据来自信号处理器4的控制来显示对话框及软按钮。操作输入单元6例如可以由放置在车载导航装置的监视器画面上的触摸面板构成，通过触摸形成于监视器画面上的软按钮进行输入。从该操作输入单元6输入的数据传送至信号处理器4。俯仰方向车体安装角检测单元50与实施方式2所涉及的车载导航装置的该单元相同。
车体安装角影响评价单元51基于来自横摆方向车体安装角检测单元46的横摆方向车体安装角δθ_C-yaw及来自俯仰方向车体安装角检测单元50的俯仰方向车体安装角δθ_C-pitch，评价车体安装角的影响，将其评价结果传送至告知控制单元52。告知控制单元52基于来自横摆方向车体安装角检测单元46的横摆方向车体安装角δθ_C-yaw、来自俯仰方向车体安装角检测单元50的俯仰方向车体安装角δθ_C-pitch及来自车体安装角影响评价单元51的评价结果，生成后述的对话框，传送至告知单元5。
接下来，以车体姿势计测处理为中心，说明上述那样构成的本发明的实施方式3所涉及的车载导航装置的动作。
如实施方式1或者实施方式2说明的那样，在横摆方向车体安装角检测单元46或者俯仰方向车体安装角检测单元50中，在检测到壳体的车体安装角时，车体安装角影响评价单元51评价在车体俯仰角推定单元47中、有无校正车体安装角所引起的车体俯仰角的差异及车体俯仰角带来的方位误差的影响(左右转弯时、绕圆周行驶、斜坡行驶等)，将评价结果传送至告知控制单元52。
接受了该评价结果的告知控制单元52，在横摆方向车体安装角检测单元46或者俯仰方向车体安装角检测单元50中、在开始车体安装角的检测后到检测完成的期间，向告知单元5要求从图9到图11所示的任意的对话框显示，告知单元5将其告知规定时间。
图9是表示将自动检测车载导航装置的车体安装角的结果及自动校正状况在监视器的画面上显示对话框的例子的图。图10是表示将自动检测车载导航装置的车体安装角的结果及车体安装角对位置精度带来的影响在监视器的画面上显示对话框的例子的图。图11是表示在监视器的画面上显示自动检测车载导航装置的车体安装角的结果及自动校正状况的对话框、且用于选择安装角的处置方法的软按钮的显示例的图。
在图11所示的画面中，若按下某一个的软按钮，则操作输入单元6将指定的处置方法传送至信号处理器4。在信号处理器4中，若指定的处置方法是“立即校正”，则原样使用检测的车体安装角，算出车体俯仰角。若指定的处置方法是“取消”，则不使用检测的车体安装角，使用至此检测的车体安装角，算出车体俯仰角。若指定的处置方法是“自动校正”，则以规定比例使用检测的车体安装角，算出车体俯仰角。
如以上说明那样，根据本发明的实施方式1所涉及的车载导航装置，关于壳体安装在车体上时的车体安装角及其影响，由于车载导航装置告知自动检测的结果和影响，因此可以识别有无车载导航装置的车体安装有关的问题、以及车载导航装置的处理状态。另外，通过利用人的手变更车载导航装置安装至车体的状态，还可以期待有能够改善因车载导航装置的车体安装而引起的测位精度的下降的效果。即，由于告知自动检测车载导航装置的车体安装角的结果、或者车载导航装置的车体安装角带来的对车载导航装置的位置精度等的影响，因此在车载导航装置倾斜安装在车体上时，使用受到其他轴影响的传感器信号，可以解决对角速度或加速度等车体姿势进行误计测这样的以往问题。
另外，由于根据用户通过按钮操作或者声音来指定的处置方法，决定横摆方向车体安装角和俯仰方向车体安装角的使用方式，因此可以根据用户的意思调整车体安装的校正速度和精度。据此，用户在判断车体安装角的检测精度为较高时可以快速校正，并且在判断车体安装角的检测精度为较低时可以慢慢进行校正，或者取消。即，由于是将自动检测车载导航装置的车体安装角的结果或者处置方法的选择项告知用户，根据与该告知响应、而用户指定的处置方法，校正传感器检测轴的倾斜作用于车体姿势的影响，因此车载导航装置倾斜安装在车体上、以水平面为基准的车体的姿势角不为零时，使用受到其他轴影响的传感器信号，可以解决对角速度或加速度等车体姿势进行误计测这样的以往问题。
另外，在上述的实施方式3中，作为告知单元5，是采用车载导航装置的监视器进行对话框显示，也可以采用声音合成装置使其发声。该结构能取得与对话框显示时同样的效果。另外，作为操作输入单元6，是采用放置在监视器的画面上的触摸面板，使用形成于监视器画面上的软按钮进行输入，但也可以采用声音识别装置，通过声音进行输入。该结构能取得与以软按钮输入时同样的效果。
在上述的实施方式1到实施方式3中，是分别各使用一个角速度传感器和加速度传感器来计测车体姿势角，但在上述各实施方式中，若在未设置的其他轴也安装角速度传感器和加速度传感器，则由于在上述的各实施方式中，可以得到推定的其他轴的加速度或者角速度的实测值，因此，能以更高的精度计测车体姿势。
工业上的实用性
如上所述，本发明所涉及的车载导航装置，由于通过使用壳体的车体安装角来校正车体姿势，能以高精度测定车辆的位置及方位，因此适用于没有限制安装角的车载导航装置等。