JP2007101526A - 速度検出装置、速度検出方法、速度検出プログラム、位置検出装置、位置検出方法及び位置検出プログラム並びにナビゲーション装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、加速度センサを用いて速度を高精度に算出できるようにする。
【解決手段】速度検出ユニット２は、ＧＰＳ処理部４から位置情報ＰＳを取得できない場合、（１１）式に従って検出加速度αＧ、計測時間ｍｔ、時刻ｔ０における速度Ｖ０、重力加速度ｇ及び高度変化量Ｄｈを用いた演算を行うことにより、（４）式に示した重力加速度成分ｇｆ、重力加速度ｇ、高度変化量Ｄｈ及び距離Ｄｍの関係を利用して当該進行方向成分ｇｆを当該高度変化量Ｄｈによって相殺することができるため、進行方向成分ｇｆの影響を受けることなく高精度に速度Ｖを算出することができる。
【選択図】 図７

Description

本発明は速度検出装置、速度検出方法、速度検出プログラム、位置検出装置、位置検出方法及び位置検出プログラム並びにナビゲーション装置に関し、例えば車両に搭載されるナビゲーション装置に適用して好適なものである。

従来、ナビゲーション装置においては、移動する車両等に搭載され、ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星から送信されるＧＰＳ信号を基に現在位置を算出し、地図画面上に当該車両の位置や進行方向を示すようになされたものが広く普及している。

このようなナビゲーション装置では、車両の進行方向への加速度を検出する加速度センサや当該車両の水平方向への回転角速度を検出するジャイロセンサ（ヨーレイトセンサ）等を用いて車両の速度及び進行方向を算出することにより、例えばビルの陰やトンネル内等、ＧＰＳ信号を受信できない場合にも車両の現在位置を推定し得るようになされている。

しかしながらこの加速度センサは、車両が傾斜面に位置する際、車両に作用する重力加速度の進行方向成分（以下、これを重力加速度成分と呼ぶ）が含まれた加速度を検出してしまうという問題があった。

そこでナビゲーション装置のなかには、ＧＰＳ信号を受信し得るときに当該ＧＰＳ信号を基に算出した位置を用いて算出した加速度の値と加速度センサによる検出値とから重力加速度成分を予め算出しておき、ＧＰＳ信号を受信し得ないときに当該重力加速度成分を考慮して加速度センサによる検出値を補正した上で車両の速度を算出するようになされたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特許第３５１６１２６号公報

しかしながら、かかる構成のナビゲーション装置においては、原理上、重力加速度成分を算出できるのはＧＰＳ信号を受信し得るときに限られてしまう。

このためナビゲーション装置は、例えばトンネル内で傾斜面の勾配が変化する場合のように、ＧＰＳ信号を受信できないときに重力加速度成分が変化する場合、加速度センサの検出値を正しく補正することができず、車両の速度を正しく算出できないという問題があった。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、加速度センサを用いて速度を高精度に算出できる速度検出装置、速度検出方法及び速度検出プログラム、並びに加速度センサを用いて位置情報を高精度に算出できる位置検出装置、位置検出方法及び位置検出プログラム並びにナビゲーション装置を提案しようとするものである。

かかる課題を解決するため本発明においては、所定の移動体における進行方向への移動体加速度と当該移動体に作用する重力加速度の進行方向成分とが加算された結果に相当する検出加速度を加速度センサにより取得し、所定の気圧センサにより検出した移動体の周囲における気圧を基に移動体の所定計測期間における高度変化量を算出し、重力加速度の進行方向成分と当該重力加速度との比が高度変化量と計測期間における移動体の移動距離との比に対応することを利用して当該高度変化量を基に検出加速度に含まれる進行方向成分を相殺することにより移動体加速度を求め、計測開始時点における移動体の既知の速度を基に当該移動体加速度を用いて計測終了時点における移動体の速度を算出するようにした。

このように気圧を基に算出した高度変化量を用いることにより、移動体が水平方向以外の方向へ移動する際にどうしても検出加速度に含まれてしまう重力加速度の進行方向成分を相殺して移動体加速度を精度良く求めることができ、移動体の速度を高精度に算出することができる。

また本発明においては、所定の移動体における進行方向への移動体加速度と当該移動体に作用する重力加速度の進行方向成分とが含まれた検出加速度を加速度センサにより取得し、移動体における水平方向に垂直な軸回りの角速度を角速度センサにより検出し、所定の気圧センサにより検出した移動体の周囲における気圧を基に移動体の所定計測期間における高度変化量を算出し、重力加速度の進行方向成分と当該重力加速度との比が高度変化量と計測期間における移動体の移動距離との比に等しいことを利用して、当該高度変化量により検出加速度に含まれる進行方向成分を相殺し計測期間の開始時点における移動体の速度を基に計測期間の終了時点における移動体の速度を算出し、計測期間の開始時点における移動体の位置情報と算出した移動体の速度と角速度とを基に計測期間の終了時点における移動体の位置情報を算出するようにした。

このように気圧を基に算出した高度変化量を用いることにより、移動体が水平方向以外の方向へ移動する際にどうしても検出加速度に含まれてしまう重力加速度の進行方向成分を相殺して移動体加速度を精度良く求めることができるので、移動体の速度を高精度に算出することができ、当該移動体の速度と角速度とを基に移動体の位置情報の推定値を算出することができる。

さらに本発明のナビゲーション装置においては、所定の衛星測位システムからの測位信号を受信して所定の移動体の現在位置を算出する現在位置算出手段と、移動体の進行方向への移動体加速度と当該移動体に作用する重力加速度の上記進行方向成分とが加算された結果に相当する検出加速度を取得する加速度センサと、所定の気圧センサにより検出した移動体の周囲における気圧を基に移動体の所定計測期間における高度変化量を算出する高度変化量算出手段と、重力加速度の進行方向成分と当該重力加速度との比が高度変化量と計測期間における移動体の移動距離との比に対応することを利用して当該高度変化量を基に検出加速度に含まれる進行方向成分を相殺することにより移動体加速度を求め、計測開始時点における移動体の既知の速度を基に当該移動体加速度を用いて計測終了時点における移動体の速度を算出する速度算出手段と、速度算出手段により算出した移動体の速度を基に移動体の位置に関する情報を提示する情報提示手段とを設けるようにした。

このように気圧を基に算出した高度変化量を用いることにより、移動体が水平方向以外の方向へ移動する際にどうしても検出加速度に含まれてしまう重力加速度の進行方向成分を相殺して移動体加速度を精度良く求めることができ、移動体の速度を高精度に算出することができる。

本発明によれば、気圧を基に算出した高度変化量を用いることにより、移動体が水平面以外を移動する際にどうしても検出加速度に含まれてしまう重力加速度の進行方向成分を相殺して移動体加速度を精度良く求めて移動体の速度を高精度に算出することができ、かくして加速度センサを用いて速度を高精度に算出できる速度検出装置、速度検出方法及び速度検出プログラムを実現できる。

また本発明によれば、気圧を基に算出した高度変化量を用いることにより、移動体が水平面以外を移動する際にどうしても検出加速度に含まれてしまう重力加速度の進行方向成分を相殺して移動体加速度を精度良く求めることができるので、移動体の速度を高精度に算出して当該移動体の速度と角速度とを基に移動体の位置情報の推定値を算出することができ、かくして加速度センサを用いて位置情報を高精度に算出できる位置検出装置、位置検出方法及び位置検出プログラムを実現できる。

さらに本発明によれば、気圧を基に算出した高度変化量を用いることにより、移動体が水平面以外を移動する際にどうしても検出加速度に含まれてしまう重力加速度の進行方向成分を相殺して移動体加速度を精度良く求めることができ、移動体の速度を高精度に算出することができ、かくして加速度センサを用いて位置情報を高精度に算出できるナビゲーション装置を実現できる。

以下、図面について、本発明の一実施の形態を詳述する。

（１）第１の実施の形態
（１−１）ナビゲーション装置の構成
図１においてナビゲーション装置１は、移動体としての車両１００（図２）に搭載されており、ＧＰＳ（Global Positioning System）処理部４によってＧＰＳ衛星から受信したＧＰＳ信号を基に当該車両１００の現在位置を算出し、ナビゲーションユニット３により所定の地図データ上に当該車両１００の現在位置を示すマーク等を重畳して表示画面データを生成し、これを表示部５へ送出して表示画面を表示することにより、地図上における当該車両１００の位置をユーザに視認させるようになされている。

ＧＰＳ処理部４は、ＧＰＳアンテナ６を介して複数のＧＰＳ衛星（図示せず）からのＧＰＳ信号を受信し、当該ＧＰＳ信号を基に所定の位置算出処理を行うことにより位置信号ＰＳを生成し、これを速度検出ユニット２の演算処理ブロック１０及びナビゲーションユニット３へ供給する。

速度検出ユニット２は、演算処理ブロック１０を中心に構成されており、車両１００の進行方向に作用する加速度を検出する加速度センサ１１と、周囲の気圧を検出する気圧センサ１２と、車両１００の垂直方向回りの回転角速度を検出するヨーレイトセンサ１３とが当該演算処理ブロック１０に接続されている。

加速度センサ１１は、車両１００の進行方向に作用する加速度に応じて０［Ｖ］から５［Ｖ］の範囲で電位が変動する加速度検出信号ＳＡを生成し、これを演算処理ブロック１０へ供給する。ちなみに加速度センサ１１は、車両１００の進行方向に一切の加速度が作用していない場合、加速度検出信号ＳＡの電位が２．５［Ｖ］となるようになされている（以下、このときの加速度検出信号ＳＡの電位をゼロ重力オフセット値Ｖｚｇｏと呼ぶ）。

気圧センサ１２は、周囲の気圧に応じて電位が所定範囲で変動する気圧検出信号ＳＲを生成し、これを演算処理ブロック１０へ供給する。

ヨーレイトセンサ１３は、車両１００における垂直方向回りの（すなわちヨー回転軸まわりの）角速度φを検出し、これを演算処理ブロック１０へ供給する。

演算処理ブロック１０は、ゼロ重力オフセット値Ｖｚｇｏと同一の変換基準電位Ｖｓｃ（すなわち２．５［Ｖ］）を基準として、加速度センサ１１から供給される加速度検出信号ＳＡを車両１００の進行方向に作用する検出加速度αＧに換算し、気圧センサ１２から供給される気圧検出信号ＳＲを周囲の気圧を表す気圧値ＰＲに換算した上で、ＧＰＳ処理部４から供給される位置信号ＰＳと当該検出加速度αＧと気圧値ＰＲとを基に当該車両１００の速度Ｖを算出し、これをナビゲーションユニット３へ送出するようになされている。

演算処理ブロック１０は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）構成でなり、図示しないＲＯＭ（Read Only Memory）から速度算出プログラム等の各種アプリケーションプログラムを読み出して実行することにより、所定の測定期間における車両１００の移動距離を算出する移動距離算出部１３、気圧ＰＲを基に当該測定期間における当該車両１００の高度差を算出する（詳しくは後述する）高度差算出部１４、車両１００が停車中または走行中のいずれであるかを判定する停車判定部１５、当該車両１００の速度Ｖを算出する（詳しくは後述する）速度算出部１６、及び加速度センサ１１から供給される検出加速度αＧに含まれているゼロ重力オフセットＺＧＯ（詳しくは後述する）を算出するオフセット算出部１７といった各処理機能を実現するようになされている。

また演算処理ブロック１０は、算出した速度Ｖやゼロ重力オフセットＺＧＯ等を不揮発性メモリでなる記憶部１８に記憶し、また必要に応じて読み出すようになされている。

ちなみにナビゲーション装置１は、車両１００において生成され当該車両１００の速度に応じて周期が変化するパルス状の車速パルス信号を利用しないようになされており、当該ナビゲーション装置１を当該車両１００に取り付ける際の配線処理を簡略化し得るようになされている。

このようにナビゲーション装置１の速度検出ユニット２は、車両１００の速度Ｖを算出すると共に、加速度センサ１１から供給される検出加速度αＧに含まれているゼロ重力オフセットＺＧＯを算出するようになされている。

（１−２）本発明の基本原理
次に、本発明の基本原理を説明する。ここでは、図２（Ａ）に示すように、車両１００が水平面ＨＺに対して勾配角度θをなす斜面ＳＬを走行していると仮定する。この場合、加速度センサ１１（図１）により検出された検出加速度αＧには、車両１００の移動に起因する本来の加速度（以下、これを車両加速度αＰと呼ぶ）と、当該車両１００に作用する重力加速度ｇの進行方向成分（以下、これを重力加速度成分ｇｆと呼ぶ）とが加算された値に相当する。すなわち重力加速度成分ｇｆは、検出加速度αＧと車両加速度αＰとの差分により次式

のように算出することができる。

ナビゲーション装置１の速度検出ユニット２（図１）は、複数時刻における複数の位置信号ＰＳを基に距離及び速度を算出した上で当該車両加速度αＰを算出し得るようになされている。

ところで図２（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、計測開始時点としてのある時刻ｔ０から計測終了時点としての時刻ｔ１までの計測時間ｍｔ（例えば１秒間程度）の間に車両１００が斜面ＳＬを進行した距離Ｄｍと、当該計測時間ｍｔにおける当該車両１００の高度変化量Ｄｈとの比（すなわちｓｉｎθ）は、重力加速度成分ｇｆと重力加速度ｇとの比（すなわちｓｉｎθ）に等しい。従って、次式

の関係が成立する。

ところで上述した距離Ｄｍは、距離に関する速度及び加速度を用いた一般的な公式に従い、時刻ｔ０における車両１００の速度Ｖ０及び車両加速度αＰを用いて次式

のように表すことができる。ここで、（２）式を変形して（１）式及び（３）式を代入すると、次式

のようになる。

（１−２−１）速度の算出
ところでナビゲーション装置１の速度検出ユニット２（図１）は、ビルの陰やトンネル内等のようにＧＰＳアンテナ６によってＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を受信できない場合、ナビゲーションユニット３がＧＰＳ処理部４からの位置信号ＰＳを基に車両１００の現在位置を算出することができないため、車両１００の速度Ｖ及び水平方向の角速度φを基に当該現在位置を推定し、これに基づいた地図画面を表示部５に表示するようになされている。

しかしながらナビゲーション装置１の速度検出ユニット２（図１）は、ＧＰＳアンテナ６においてＧＰＳ信号を受信できないため、ＧＰＳ処理部４から供給される位置信号ＰＳの経時変化を基に速度Ｖを算出するといった単純な手法を用いることができない。

そこで速度検出ユニット２の速度算出部１６は、位置信号ＰＳを用いることなく、時刻ｔ０における速度Ｖ０を基に時刻ｔ１における速度Ｖ１を算出するようになされている。以下では、その原理について説明する。

まず、上述した（４）式を車両加速度αＰについて整理すると、次式

が得られる。ここで時刻ｔ１における速度Ｖ１は、速度Ｖに関する一般的な物理の公式に従い、次式

の関係が成立する。これは、速度Ｖ１が速度Ｖ０を基に算出され得ることを表している。ここで、（６）式に（５）式を代入することにより、次式

を得ることができる。

すなわち速度検出ユニット２は、高度変化量Ｄｈを得ることができれば、検出加速度αＧ、計測時間ｍｔ、時刻ｔ０における速度Ｖ０、重力加速度ｇ及び当該高度変化量Ｄｈを用いることにより、時刻ｔ１における速度Ｖ１を算出することができる。

この場合、速度検出ユニット２は、直接演算するのは（７）式であるものの、当該（７）式は（６）式に（５）式を代入したものである。従って速度検出ユニット２は、間接的に車両加速度αＰを求め、これを用いて時刻ｔ０における速度Ｖ０から時刻ｔ１における速度Ｖ１を得ることになる。

（１−２−２）停車状態の判定
ところで車速検出ユニット２は、（６）式に示したように、時刻ｔ０の（すなわち直前の）速度Ｖ０を用いて時刻ｔ１の（すなわち現在の）速度Ｖ１を算出するため、速度Ｖ０が誤っていると速度Ｖ１も誤った値となる。このため車速検出ユニット２は、車両１００における最初の速度Ｖ、すなわち停車状態における速度Ｖを「ゼロ」として確実に検出する必要がある。

ここで一般に車両１００が走行している場合、道路の形状や交通状況等に応じて速度Ｖが絶えず変動することになるため、当該速度Ｖが継続して一定の値となる可能性は極めて低く、当該速度Ｖの値はある程度のばらつきを有することになる。これと反対に車両１００が停車している場合、速度Ｖはゼロから変動せず一定の値となり、検出誤差を考慮したとしても、当該速度Ｖのばらつきが所定範囲内に収まることになる。

そこで車速検出ユニット２は、停車判定部１５によって、所定時間範囲（例えば５秒間）における速度Ｖの分散Ｖｖａｒを算出し、当該分散Ｖｖａｒが所定範囲内に収まっていれば車両１００が停車していると判定し、このときの速度Ｖをゼロに補正するようになされている。

これにより車速検出ユニット２は、車両１００が走行状態又は停車状態のいずれにあるかを正しく判定することができ、停車状態である場合には速度Ｖをゼロに補正することにより、以降の速度Ｖを正しく算出することができる。

（１−２−３）高度変化量の算出
次に、速度検出ユニット２（図１）における高度変化量Ｄｈの算出処理について説明する。速度検出ユニット２は、上述した（２）式に示したように、距離Ｄｍ、重力加速度成分ｇｆ（すなわち検出加速度αＧ−車両加速度αＰ）及び重力加速度ｇを用いることにより高度変化量Ｄｈを算出することができる。

ここで速度検出ユニット２は、ＧＰＳアンテナ６においてＧＰＳ信号を受信できる場合、移動距離算出部１３において計測時間ｍｔ内に車両１００が移動した距離Ｄｍを算出することができるので、当該距離Ｄｍを基に車両１００の速度Ｖを算出でき、さらにこれを基に車両加速度αＰを算出することができる。

しかしながら速度検出ユニット２は、ＧＰＳアンテナ６によってＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を受信できずＧＰＳ処理部４において位置情報ＰＳを生成できない場合、距離Ｄｍ及び車両加速度αＰを算出することができないため、（２）式の関係からは高度変化量Ｄｈを算出することができない。

そこで速度検出ユニット２は、一般に気圧ＰＲと高度ｈとの間に対応関係があることを利用し、ＧＰＳ処理部４において位置情報ＰＳを生成できない場合、気圧センサ１２から取得した気圧ＰＲを高度ｈに換算するようになされている。

実際上速度検出ユニット２は、一般的な気圧と高度との対応関係を予めテーブル化した気圧高度対応テーブルＴＢＬを記憶部１８に記憶しており、時刻ｔ０における気圧ＰＲ０及び時刻ｔ１における気圧ＰＲ１を基に、当該気圧高度対応テーブルＴＢＬから当該気圧ＰＲ０及びＰＲ１に対応した高度ｈ０及びｈ１をそれぞれ読み出すようになされている。

続いて速度検出ユニット２は、時刻ｔ０における車両１００の高度ｈ０と時刻ｔ１における当該車両１００の高度ｈ１との差分である高度変化量Ｄｈを次式

に従って算出するようになされている。

ここで、高度変化量Ｄｈについては、一般的な道路における勾配の範囲や車両１００の走行性能（すなわち単位時間当たりの移動距離）等を考慮すると、実際に取り得る範囲（以下、これを高度変化範囲と呼ぶ）の上限値及び下限値が存在すると考えられる。

一方、車両１００が実際に道路を走行する場合、例えば当該車両１００の窓を開閉した際や、トンネルに入る際、或いは隣接車線とすれ違う際等に、これらの高度変化以外の要因により車室内の気圧が変化してしまう可能性がある（以下、これらの要因を非高度要因と呼ぶ）。

このような場合、速度検出ユニット２は、非高度要因の影響を受けた気圧ＰＲを基に誤った高度ｈを算出することになってしまい、これにより高度変化量Ｄｈも誤った値となってしまう。

ところで、このような非高度要因の影響を受ける場合、車室内の気圧ＰＲは、高度のみに起因する場合と比較して、急激に変化すると考えられる。すなわち、このときの高度変化量Ｄｈは、高度変化範囲から外れる可能性が高い。

そこで速度検出ユニット２は、（８）式により算出した高度変化量Ｄｈが高度変化範囲を外れる場合には、非高度要因の影響を受けているものと見なし、当該高度変化量Ｄｈを補正するようになされている。

具体的に速度検出ユニット２は、勾配角度θ（図２）の実際に取り得る最大値を最大勾配角度θｍａｘ（例えば０．０５π［ｒａｄ］等）として規定し、算出した高度変化量Ｄｈ及び直前の速度Ｖ０を用いた次式

が成立するか否かを判定する。因みに（９）式の右辺は、直前の速度Ｖ０にｓｉｎ（θｍａｘ）を乗じることにより、全体として「直前の速度Ｖ０から想定し得る最大の高度差」を表している。

ここで（９）式が成立する場合、速度検出ユニット２は、（８）式により算出した高度変化量Ｄｈが非高度要因の影響を受けておらず正しい値であるものと見なし、特に補正を行わずに以降の処理を行う。

一方、（９）式が成立しない場合、速度検出ユニット２は、（８）式により算出した高度変化量Ｄｈが非高度要因の影響を受けているものと見なし、次式

に従い補正高度変化量Ｄｈｃを算出する。その後、速度検出ユニット２は、この補正高度変化量Ｄｈｃを新たな高度変化量Ｄｈとして、以降の処理を行うようになされている。

この場合、速度算出ユニット２は、車室内の気圧ＰＲから正しい高度変化量Ｄｈを算出することができないため、次善の策として、取り得る最大の高度変化量Ｄｈとして補正高度変化量Ｄｈｃを算出し、これを高度変化量Ｄｈとして用いることになる。

また気圧は、一般に高度に応じて異なる値となり、同一の高度であっても低気圧や高気圧等といった天候の影響によりゆっくりと変動する。しかしながら、速度検出ユニット２が気圧ＰＲ０及びＰＲ１を検出する際の時間差である計測時間ｍｔ（約１秒）は、天候の影響により有意な気圧変動が生じる時間よりも十分に短いため、高度ｈの相対的な差としての高度変化量Ｄｈには天候等による気圧への影響が無いとみなすことができる。

従って速度検出ユニット２は、気圧高度対応テーブルＴＢＬ及び（８）式により、信頼度が高い高度変化量Ｄｈを得ることができ、このようにして算出した高度変化量Ｄｈを（７）式に適用することができる。

この場合速度検出ユニット２は、正確な車両加速度αＰを算出することができないため、（１）式の関係により検出加速度αＧに含まれている進行方向成分ｇｆを直接算出することができないものの、（２）式に示した関係を利用して当該進行方向成分ｇｆを高度変化量Ｄｈによって相殺することができるため、結果的に当該進行方向成分ｇｆに拘わらず（７）式によって高精度に速度Ｖを算出することができる。

（１−２−４）ゼロ重力オフセットの算出
ところで加速度センサ１１（図１）は、車両１００が水平面ＨＺ（図２）上で停止しているときのように当該車両１００の進行方向に加速度が作用していない場合、図３（Ａ）に示すように、当該加速度センサ１１から出力する加速度検出信号ＳＡの電位、すなわちゼロ重力オフセット値Ｖｚｇｏが２．５［Ｖ］となる。

しかしながら加速度センサ１１は、その特性上、周囲の温度変化等の影響によりゼロ重力オフセット値Ｖｚｇｏが２．５［Ｖ］から２．６［Ｖ］や２．７［Ｖ］等に変動してしまうことがある（図中破線で示す）。

このとき速度検出ユニット２は、ゼロ重力オフセット値Ｖｚｇｏが２．５［Ｖ］から変動しているにも拘わらず、図３（Ｂ）に示すように演算処理ブロック１０において加速度検出信号ＳＡから検出加速度αＧに換算する際の変換基準電位Ｖｓｃを変動前のゼロ重力オフセット値Ｖｚｇｏ（すなわち２．５［Ｖ］）のままとした場合、誤った検出加速度αＧに換算することになるため、上述した（７）式により算出する速度Ｖも誤った値となってしまう。

このため速度検出ユニット２は、変動後のゼロ重力オフセット値Ｖｚｇｏを検出した上で、当該ゼロ重力オフセット値Ｖｚｇｏに基づいて変換基準電位Ｖｓｃを更新することにより、加速度センサ１１からの加速度検出信号ＳＡを正しい検出加速度αＧに換算することが望ましい。

ここで、加速度センサ１１から出力された加速度検出信号ＳＡを換算した実際の検出加速度αＧ（以下、これを実検出加速度αＧｒと呼ぶ）については、加速度センサ１１によって本来検出すべき検出加速度αＧ（以下、これを検出予定加速度αＧｉと呼ぶ）と、ゼロ重力オフセット値Ｖｚｇｏの変動分に相当する加速度（以下、これをオフセット加速度αｏと呼ぶ）とを用いた次式

の関係が成立し、これを変形することにより次式

が得られる。すなわちオフセット加速度αｏは、実検出加速度αＧｒと検出予定加速度αＧｉとの差分として算出され得ることがわかる。

ここで検出予定加速度αＧｉについては、上述した（１）式の関係を適用することができるため、（１２）式を次式

のように置き換えることができる。

また、上述した（２）式を変形することにより次式

を得ることができる。ここで速度検出ユニット２は、高度変化量Ｄｈについては（８）式に示したように気圧センサ１２（図１）から取得した気圧ＰＲを基に算出することができ、また計測時間ｍｔにおける距離Ｄｍ及び車両加速度αＰについては、上述したように、ＧＰＳアンテナ６（図１）によりＧＰＳ信号を受信できる場合、移動距離算出部１３において位置情報ＰＳを基に当該距離Ｄｍを求め、さらにこれを用いて当該車両加速度αＰを算出することができる。

すなわち速度検出ユニット２は、ＧＰＳアンテナ６によりＧＰＳ信号を受信できる場合、上述した（１３）式に（１４）式を適用することにより得られる次式

に実検出加速度αＧｒ、車両加速度αＰ、高度変化量Ｄｈ、距離Ｄｍ及び重力加速度ｇを代入することにより、オフセット加速度αｏを算出することができる。

このとき速度検出ユニット２は、オフセット加速度αｏを換算することにより最新のゼロ重力オフセット値Ｖｚｇｏを得ることができ、また記憶部１８（図１）に記憶させている変換基準電位Ｖｓｃを当該ゼロ重力オフセット値Ｖｚｇｏと同一の値に更新することにより、演算処理ブロック１０において加速度センサ１１からの加速度検出信号ＳＡをゼロ重力オフセット値Ｖｚｇｏの変動が考慮された正しい検出加速度αＧに換算することができる。

ちなみに速度検出ユニット２は、ＧＰＳアンテナ６によりＧＰＳ信号を受信できＧＰＳ処理部４から位置情報ＰＳを取得できるときには、（１５）式に従いオフセット加速度αｏを随時算出して変換基準電位Ｖｓｃを随時更新し、当該ＧＰＳ信号を受信できないときには、最新の変換基準電位Ｖｓｃに基づいた、すなわちゼロ重力オフセット値Ｖｚｇｏの変動が考慮された正しい検出加速度αＧを用いて（７）式に従い速度Ｖを算出するようになされている。

（１−３）速度出力処理
次に、速度検出ユニット２が車両１００の速度Ｖを算出してナビゲーションユニット３へ出力する際の速度出力処理手順について、図４のフローチャートを用いて説明する。

速度検出ユニット２の演算処理ブロック１０は、ナビゲーション装置１の電源が投入されると速度出力処理手順ＲＴ１を開始してステップＳＰ１へ移る。ステップＳＰ１において演算処理ブロック１０は、停車判定部１５により車両１００が停車状態にあるか否かを判定するために過去１５秒間に算出した車速Ｖにおける分散Ｖｖａｒを算出し、次のステップＳＰ２へ移る。

ステップＳＰ２において演算処理ブロック１０は、停車判定部１５によりステップＳＰ１において算出した車速Ｖの分散Ｖｖａｒが所定の閾値以下に収まっているか否かを判定する。ここで肯定結果が得られると、このことは分散Ｖｖａｒが比較的小さくまとまっていることから、車両１００が停車状態にある可能性が非常に高いことを表しており、このとき演算処理ブロック１０は次のステップＳＰ３へ移る。

ステップＳＰ３において演算処理ブロック１０は、記憶部１８に記憶している直前の速度Ｖ０をゼロに補正し、次のステップＳＰ４へ移る。

一方ステップＳＰ２において否定結果が得られると、このことは車速Ｖの分散Ｖｖａｒがある程度大きいために車両１００が走行状態にある可能性が高いことを表しており、このとき演算処理ブロック１０は直前の速度Ｖ０を特に補正せずに次のステップＳＰ４へ移る。

ステップＳＰ４において演算処理ブロック１０は、ＧＰＳ処理部４から位置情報ＰＳを取得しているか否かを判定する。ここで肯定結果が得られると、このことはＧＰＳ処理部４から取得できた位置情報ＰＳを基に車両１００の速度を算出できることを表しており、このとき演算処理ブロック１０は次のサブルーチンＳＲＴ１へ移る。

サブルーチンＳＲＴ１において演算処理ブロック１０は、オフセット算出部１７により上述した（１５）式に従ってオフセット加速度αｏを算出することにより変換基準電位Ｖｓｃを更新し（詳しくは後述する）、次のステップＳＰ５へ移る。

ちなみに演算処理ブロック１０は、サブルーチンＳＲＴ１においてオフセット加速度αｏを算出する過程において、位置情報ＰＳを基に現在の速度Ｖを算出するようになされている。

一方ステップＳＰ４において否定結果が得られると、このことはＧＰＳ処理部４から位置情報ＰＳを取得できないために当該位置情報ＰＳを用いずに速度Ｖを算出する必要があることを表しており、このとき演算処理ブロック１０は次のサブルーチンＳＲＴ２へ移る。

サブルーチンＳＲＴ２において演算処理ブロック１０は、速度算出部１６により上述した（７）式に従って現在の速度Ｖ（速度Ｖ１）を算出し（詳しくは後述する）、次のステップＳＰ５へ移る。

ステップＳＰ５において演算処理ブロック１０は、速度Ｖをナビゲーションユニット３へ送出し、次のステップＳＰ６へ移る。

ステップＳＰ６において演算処理ブロック１０は、測定時間ｍｔが経過するまで待機した後、再度ステップＳＰ１へ戻り一連の処理を繰り返す。

（１−３−１）オフセット加速度算出処理
次に、演算処理ブロック１０がオフセット算出部１７によりオフセット加速度αｏを算出する際のオフセット加速度算出処理について、図５のフローチャートを用いて説明する。なお、ここでは現在の時刻を時刻ｔ１とし、当該時刻ｔ１よりも測定時間ｍｔだけ以前の時刻を時刻ｔ０とする。

演算処理ブロック１０は、速度出力処理手順ＲＴ１（図４）からの呼び出しに応じて、図５に示すオフセット加速度算出サブルーチンＳＲＴ１を開始してステップＳＰ１１へ移る。ステップＳＰ１１において演算処理ブロック１０は、加速度センサ１１から現在の時刻ｔ１における検出加速度αＧ１を取得し、気圧センサ１２から気圧ＰＲ１を取得し、さらにＧＰＳ処理部４から位置情報ＰＳ１を取得して、次のステップＳＰ１２へ移る。

ステップＳＰ１２において演算処理ブロック１０は、予め記憶部１８に記憶させておいた時刻ｔ０における検出加速度αＧ０、気圧ＰＲ０及び位置情報ＰＳ０を読み出し、次のステップＳＰ１３へ移る。

ステップＳＰ１３において演算処理ブロック１０は、記憶部１８に記憶している気圧高度対応テーブルＴＢＬを用いて気圧ＰＲ０及びＰＲ１に対応した高度ｈ０及びｈ１を読み出し、（８）式に従い高度変化量Ｄｈを算出すると、次の高度変化量補正サブルーチンＳＲＴ３（図６）へ移る。

演算処理ブロック１０は、ステップＳＰ５１へ移って高度変化量Ｄｈが（９）式を満たすか否か、すなわち高度変化量Ｄｈが非高度要因の影響を受けているか否かを判定する。ここで肯定結果が得られると、このことは高度変化量Ｄｈが非高度要因の影響を受けていない可能性が高く、当該高度変化量Ｄｈについて補正を行う必要がないことを表しており、このとき演算処理ブロック１０はステップＳＰ５４へ移り、サブルーチンＳＲＴ３を終了して元のサブルーチンＳＲＴ１（図５）へ戻る。

一方、ステップＳＰ５１において否定結果が得られると、このことは高度変化量Ｄｈが非高度要因の影響を受けている可能性が高く、当該高度変化量Ｄｈについて補正を行うべきであることを表しており、このとき演算処理ブロック１０は次のステップＳＰ５２へ移る。

ステップＳＰ５２において演算処理ブロック１０は、（１０）式に従い補正高度変化量Ｄｈｃを算出し、次のステップＳＰ５３へ移り当該補正高度変化量Ｄｈｃを新たな高度変化量Ｄｈとして、次のステップＳＰ５４へ移る。

ステップＳＰ５４において演算処理ブロック１０は、ルーチンＲＴ３を終了して元のサブルーチンＳＲＴ１（図５）へ戻り、ステップＳＰ１４へ移る。

ステップＳＰ１４において演算処理ブロック１０は、距離算出部１３により位置情報ＰＳ０及びＰＳ１を基に車両１００が計測時間ｍｔに移動した距離Ｄｍを算出し、さらに当該距離Ｄｍを基に速度Ｖを算出してから車両加速度αPを算出して、次のステップＳＰ１５へ移る。

ステップＳＰ１５において演算処理ブロック１０は、（１５）式に従い実検出加速度αＧｒ（この場合は検出加速度αＧ０）、車両加速度αＰ、高度変化量Ｄｈ、距離Ｄｍ及び重力加速度ｇを用いてオフセット加速度αｏを算出し、次のステップＳＰ１６へ移る。

ステップＳＰ１６において演算処理ブロック１０は、オフセット加速度αｏを電位に換算することによりゼロ重力オフセット値Ｖｚｇｏを算出し、記憶部１８に記憶している変換基準電位Ｖｓｃを当該ゼロ重力オフセット値Ｖｚｇｏと同一の値に更新して次のステップＳＰ１７へ移る。

ステップＳＰ１７において演算処理ブロック１０は、次回オフセット加速度αｏを算出するときのために現在の時刻ｔ１における検出加速度αＧ１、気圧ＰＲ１及び位置情報ＰＳ１を記憶部１８に記憶させ、次のステップＳＰ１８へ移ってこのオフセット加速度算出サブルーチンＳＲＴ１を終了し、元の速度出力処理手順ＲＴ１（図４）へ戻る。

（１−３−２）速度算出処理
次に、演算処理ブロック１０がＧＰＳ処理部４から位置情報ＰＳを取得できないときに速度算出部１６により速度Ｖを算出する際の速度算出処理について、図７のフローチャートを用いて説明する。なお、ここでは現在の時刻を時刻ｔ１とし、当該時刻ｔ１よりも計測時間ｍｔだけ以前の時刻を時刻ｔ０とする。

演算処理ブロック１０は、速度出力処理手順ＲＴ１（図４）からの呼び出しに応じて、図７に示す速度算出サブルーチンＳＲＴ２を開始してステップＳＰ２１へ移る。ステップＳＰ２１において演算処理ブロック１０は、加速度センサ１１から現在の時刻ｔ１における検出加速度αＧ１を取得すると共に気圧センサ１２から気圧ＰＲ１を取得して、次のステップＳＰ２２へ移る。

ステップＳＰ２２において演算処理ブロック１０は、予め記憶部１８に記憶させておいた時刻ｔ０における検出加速度αＧ０、気圧ＰＲ０及び速度Ｖ０を読み出し、次のステップＳＰ２３へ移る。

ステップＳＰ２３において演算処理ブロック１０は、オフセット加速度算出サブルーチンＳＲＴ１（図４）のステップＳＰ１３と同様、記憶部１８に記憶している気圧高度対応テーブルＴＢＬを用いて気圧ＰＲ０及びＰＲ１に対応した高度ｈ０及びｈ１を読み出し、（８）式に従い高度変化量Ｄｈを算出してサブルーチンＳＲＴ３（図６）へ移る。

サブルーチンＳＲＴ３において演算処理ブロック１０は、サブルーチンＳＲＴ１の場合と同様に、（９）式を用いて高度変化量Ｄｈが非高度要因の影響を受けているか否かを判定し、受けている場合には（１０）式に従い補正高度変化量Ｄｈｃを算出して新たな高度変化量Ｄｈとすることにより当該高度変化量Ｄｈを補正した後、元のサブルーチンＳＲＴ２（図７）へ戻って次のステップＳＰ２４へ移る。

ステップＳＰ２４において演算処理ブロック１０は、（７）式に従い検出加速度αＧ０、時刻ｔ０における速度Ｖ０、高度変化量Ｄｈ、計測時間ｍｔ及び重力加速度ｇを用いて現在の時刻ｔ１における速度Ｖ１を算出し、次のステップＳＰ２５へ移る。

ステップＳＰ２５において演算処理ブロック１０は、次回速度Ｖを算出するときのために現在の時刻ｔ１における検出加速度αＧ１、気圧ＰＲ１及び速度Ｖ１を記憶部１８に記憶させ、次のステップＳＰ２６へ移ってこの速度算出サブルーチンＳＲＴ２を終了し、元の速度出力処理手順ＲＴ１（図４）へ戻る。

（１−４）動作及び効果
以上の構成において、速度検出ユニット２は、ＧＰＳ処理部４から位置情報ＰＳを取得できるときには、当該位置情報ＰＳを基に車速Ｖを算出し、ＧＰＳ処理部４から位置情報ＰＳを取得できないときには、速度算出部１６により（７）式に従って検出加速度αＧ、計測時間ｍｔ、時刻ｔ０における速度Ｖ０、重力加速度ｇ及び高度変化量Ｄｈを用いて速度Ｖ（速度Ｖ１）を算出する。

この（７）式は、重力加速度成分ｇｆ、重力加速度ｇ、高度変化量Ｄｈ及び距離Ｄｍの関係を示した（２）式に対して距離Ｄｍに関する一般的な公式である（３）式を適用して整理した（５）式を、速度Ｖに関する一般的な公式である（６）式に代入したものである。

従って速度検出ユニット２は、ＧＰＳ処理部４から位置情報ＰＳを取得できない場合、重力加速度成分ｇｆの影響により正確な車両加速度αPを直接得ることはできないものの、（７）式に従い当該重力加速度成分ｇｆを相殺することにより、速度Ｖを精度良く算出することができる。

このとき速度検出ユニット２は、検出加速度αＧに含まれている進行方向成分ｇｆを直接検出することはできないものの、（２）式に示した重力加速度成分ｇｆ、重力加速度ｇ、高度変化量Ｄｈ及び距離Ｄｍの関係を利用して当該進行方向成分ｇｆを高度変化量Ｄｈによって相殺することができる。

この場合、速度検出ユニット２は、直接（７）式を演算しているものの、当該（７）式は（６）式に（５）式を代入したものであるため、間接的に車両加速度αＰを求め、これを用いて時刻ｔ０における速度Ｖ０から時刻ｔ１における速度Ｖ１（すなわち速度Ｖ）を得たことになる。

しかしながら速度検出ユニット２は、（７）式を演算するだけで速度Ｖを直接算出することができるので、当該車両加速度αＰや勾配角度θをわざわざ算出する必要がなく、これにより演算処理量を必要最小限に抑えることができる。

また速度検出ユニット２は、記憶部１８に予め記憶させた気圧高度対応テーブルＴＢＬを用いて気圧ＰＲを高度ｈに換算することができるので、当該気圧ＰＲを用いて所定の演算処理に従い当該高度ｈを算出する場合と比較して、演算処理量を削減することができる。

さらに速度検出ユニット２は、（９）式を用いた判定により高度変化量Ｄｈが非高度要因の影響を受けているとみなした場合には、（１０）式に従い補正高度変化量Ｄｈｃを算出する。これにより速度検出ユニット２は、（８）式のみでは非高度要因により大きく誤った値となっている可能性が高い高度変化量Ｄｈを、いわば次善の値である補正高度変化量Ｄｈｃに補正することができるので、当該高度変化量Ｄｈの値及び当該高度変化量Ｄｈを用いて算出される速度Ｖの値における誤差の幅を縮めることができる。

ここで、ナビゲーション装置１を搭載した車両１００が実際の道路を走行したときの速度Ｖの検出結果を図８に示す。この図８には、速度Ｖ（太実線で示す）に加えて、車両１００の速度計に基づく正確な速度である計測速度Ｖｍ（太破線で示す）と、加速度センサ１１により検出した検出加速度αＧを基に算出した（すなわち重力加速度成分ｇｆの補正を行っていない）検出速度Ｖｇ（細実線で示す）と、気圧センサ１２により検出した気圧ＰＲを換算した高度ｈ（一点鎖線で示す）とを比較用に示している。

この図８によれば、約４８０［ｓ］〜約８４０［ｓ］にかけて顕著に表れているように、高度ｈが変化した場合に計測速度Ｖｍと検出速度Ｖｇとが大きくかけ離れており、すなわち検出速度Ｖｇの基となった検出加速度αＧに高度ｈの変化による重力加速度成分ｇｆが大きく作用しており、当該検出加速度αＧからは車両１００の正確な速度を算出し得ないことが示されている。

これに対して、（７）式に基づき進行方向成分ｇｆを高度変化量Ｄｈによって相殺した速度Ｖは、全般的に計測速度Ｖｍに近い値となっており、車両１００の速度が精度良く算出されていることが示されている。

また速度検出ユニット２は、加速度センサ１１により検出した検出加速度αＧと、気圧センサ１２により検出した気圧ＰＲに対応した高度ｈから算出した高度変化量Ｄｈと、計測時間ｍｔ、時刻ｔ０における速度Ｖ０、重力加速度ｇを（９）式に代入して演算するといった簡易な処理により、直接速度Ｖ（すなわち速度Ｖ１）を算出することができるので、例えば勾配角度θ（図２）をわざわざ算出し、当該勾配角度θを基に重力加速度成分ｇｆを算出してから速度Ｖを算出するといった多くの手間や複雑な演算処理が不要となる。

これに応じてナビゲーションユニット３は、ＧＰＳアンテナ６によってＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を受信できない場合であっても、速度検出ユニット２において算出された速度Ｖとヨーレイトセンサ（図示せず）によって検出した水平方向の角速度φとを基に車両１００の現在位置を推定でき、これに基づいた地図画面を表示部５に表示することができる。

このためナビゲーション装置１は、ＧＰＳ信号を受信できないときにも勾配角度θの影響を受けることなく速度Ｖを高精度に算出することができるので、一般的なナビゲーション装置において必要とされていた、車両１００の速度Ｖに応じた周期でなる車速パルス信号の取得が不要となり、車速パルス信号線が接続される必要が無い。

これにより、例えばナビゲーション装置１を車両１００に取り付けたいユーザは、専門の取付作業者に依頼することなく、容易に取付作業を完了することができる。またナビゲーション装置１は、専門の取付作業者による取付作業が不要となるため、車両に関する知識を有する作業者がいる車両用製品専門の販売店のみでなく、一般的な家庭電化製品の販売店等において販売されるようにしても良い。

以上の構成によれば、速度検出ユニット２は、ＧＰＳ処理部４から位置情報ＰＳを取得できるときには、当該位置情報ＰＳを基に車速Ｖを算出し、ＧＰＳ処理部４から位置情報ＰＳを取得できないときには、速度算出部１６により（７）式に従って検出加速度αＧ、計測時間ｍｔ、時刻ｔ０における速度Ｖ０、重力加速度ｇ及び高度変化量Ｄｈを用いることにより、進行方向成分ｇｆの影響を受けることなく高精度に速度Ｖを算出することができる。

（２）第２の実施の形態
（２−１）ナビゲーション装置の構成
図１との対応部分に同一符号を付した図９に示すように、第２の実施の形態におけるナビゲーション装置２０は、速度検出ユニット２に代えて速度検出ユニット２１が設けられている以外は、ナビゲーション装置１（図１）と同様の構成を有している。

速度検出ユニット２１は、速度検出ユニット２（図１）における演算処理ブロック１０に代えて演算処理ブロック２２を有している。演算処理ブロック２２は、演算処理ブロック１０の構成に加え、ヨーレイトセンサ１３から供給される角速度φの補正処理を行う角速度補正部２３が設けられている。

図２（Ａ）と対応する図１０（Ａ）に示すように、車両１００が進行方向ＦＷへ向かって水平面ＨＺに対して勾配角度θをなす斜面ＳＬを走行していると仮定する。

ここでヨーレイトセンサ１３により検出する角速度φは、図１０（Ｂ）に示すように、斜面ＳＬ上における当該車両１００の仮想的なヨー回転軸ＹＡを中心とした回転角速度を表す。

この場合、車両１００が斜面ＳＬを走行しているため、ヨーレイトセンサ１３により検出する角速度φは、実際の車両１００の回転角速度がｃｏｓθ倍された値となっている。

そこで演算処理ブロック２２の角速度補正部２３（図９）は、事前準備として、（８）式に従い算出された高度変化量Ｄｈと、（７）式に従い算出された速度Ｖを基に得られた移動距離Ｄｍとを用いて、図２（Ｃ）に示したように次式

の関係を用いてｓｉｎθを算出し、これを用いて一般的な三角関数の性質に基づいた次式

によりｃｏｓθを算出する。

次に角速度補正部２３は、このｃｏｓθを用いて次式

により図１０（Ｂ）に示すような補正角速度φｃを算出して、これを（７）式を基に算出された速度Ｖと共にナビゲーションユニット３へ送出する。

これに応じてナビゲーションユニット３は、ＧＰＳアンテナ６によりＧＰＳ信号を受信できずＧＰＳ処理部４から位置情報ＰＳを取得できない場合、ＧＰＳ信号速度Ｖと補正角速度φｃとを基に、直前の車両１００の位置から現在の車両１００の推定位置を算出する、いわゆるデッドレコニング（推測航法）を行うようになされている。

このときナビゲーションユニット３は、車両１００が斜面ＳＬを走行中でありヨーレイトセンサ１３により検出した角速度φが当該車両１００の本来の角速度と異なっていたとしても、当該角速度φではなく当該斜面ＳＬの勾配角度θに応じて補正された補正角速度φｃを用いることにより、当該車両１００の推定位置を高精度に算出することができる。

これによりナビゲーション装置１は、位置情報ＰＳに基づいた正確な現在位置を認識できなかったとしても、ＧＰＳ信号速度Ｖ及び補正角速度φｃに基づいた高精度な推定位置を表示画面の地図上に表示することができ、車両１００の推定位置をユーザに視認させることができる。

（２−２）速度出力処理手順
次に、速度検出ユニット２１が車両１００の速度Ｖを算出してナビゲーションユニット３へ出力する際の速度出力処理手順について、図４との対応部分に同一符号を付した図１１のフローチャートを用いて説明する。

速度検出ユニット２１の演算処理ブロック２２は、ナビゲーション装置２０の電源が投入されると速度出力処理手順ＲＴ２を開始してステップＳＰ１へ移る。なお、この速度出力処理手順ＲＴ２において、ステップＳＰ１、ＳＰ２、ＳＰ３、ＳＰ４、サブルーチンＳＲＴ１、ＳＲＴ２及びＳＲＴ３については、速度出力処理手順ＲＴ１（図４）の場合と同様であるため、その説明は省略する。

演算処理ブロック２２は、サブルーチンＳＲＴ２を終了した後、次のステップＳＰ３１へ移る。ステップＳＰ３１において演算処理ブロック２２は、（８）式に従い算出された高度変化量Ｄｈと、（７）式に従い算出された速度Ｖを基に得られた移動距離Ｄｍとを用いて（１６）式に従いｓｉｎθを算出し、これを基に（１７）式に従いｃｏｓθを算出して次のステップＳＰ３２へ移る。

ステップＳＰ３２において演算処理ブロック２２は、（１８）式に従い角速度φを補正した補正角速度φｃを算出し、次のステップＳＰ３３へ移る。

一方、演算処理ブロック２２は、サブルーチンＳＲＴ１を終了すると次のステップＳＰ３３へ移る。

ステップＳＰ３３において演算処理ブロック２２は、速度Ｖ及び補正角速度φｃをナビゲーションユニット３へ送出し、次のステップＳＰ６へ移る。

ステップＳＰ６において演算処理ブロック１０は、速度出力処理手順ＲＴ１（図４）の場合と同様、計測時間ｍｔが経過するまで待機した後、再度ステップＳＰ１へ戻り一連の処理を繰り返す。

（２−３）動作及び効果
以上の構成において、速度検出ユニット２１は、第１の実施の形態における速度検出ユニット２と同様に、ＧＰＳ処理部４から位置情報ＰＳを取得できるときには、当該位置情報ＰＳを基に車速Ｖを算出し、ＧＰＳ処理部４から位置情報ＰＳを取得できないときには、速度算出部１６により（７）式に従って検出加速度αＧ、計測時間ｍｔ、時刻ｔ０における速度Ｖ０、重力加速度ｇ及び高度変化量Ｄｈを用いて速度Ｖ（速度Ｖ１）を算出する。

従って速度検出ユニット２１は、速度検出ユニット２と同様に、ＧＰＳ処理部４から位置情報ＰＳを取得できない場合、正確な車両加速度αＰを算出することができず検出加速度αＧに含まれている進行方向成分ｇｆを直接算出することができないものの、（２）式に示した重力加速度成分ｇｆ、重力加速度ｇ、高度変化量Ｄｈ及び距離Ｄｍの関係を利用して当該進行方向成分ｇｆを高度変化量Ｄｈによって相殺することができるため、当該進行方向成分ｇｆの影響を受けることなく（７）式によって高精度に速度Ｖを算出することができる。

さらに速度検出ユニット２１は、ＧＰＳ処理部４から位置情報ＰＳを取得できない場合、（７）式に従って勾配角度θの影響を受けることなく速度Ｖを算出すると共に、（１８）式に従い勾配角度θに応じて角速度φを補正角速度φｃに補正することにより、当該勾配角度θに起因する誤差を除去することができる。

これに応じてナビゲーションユニット３は、車両１００がＧＰＳ処理部４においてＧＰＳ信号を取得できなかった場合でも、勾配角度θに起因する誤差成分が除去された速度Ｖ及び補正角速度φｃを基に、現在における当該車両１００の推定位置を高精度に算出することができる。

以上の構成によれば、速度検出ユニット２１は、ＧＰＳ処理部４から位置情報ＰＳを取得できるときには、当該位置情報ＰＳを基に車速Ｖを算出し、ＧＰＳ処理部４から位置情報ＰＳを取得できないときには、速度算出部１６により（７）式に従って検出加速度αＧ、計測時間ｍｔ、時刻ｔ０における速度Ｖ０、重力加速度ｇ及び高度変化量Ｄｈを用いることにより、進行方向成分ｇｆの影響を受けることなく高精度に速度Ｖを算出すると共に、（１８）式に従い勾配角度θによる誤差を補正した補正角速度φｃを算出することができる。

（３）他の実施の形態
なお上述した実施の形態においては、速度Ｖの分散Ｖｖａｒを基に車両１００の停車状態を判定するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば角速度φの分散φｖａｒを算出し、当該分散φｖａｒを基に当該車両１００の停車状態を判定するようにしても良い。

また上述した実施の形態においては、（４）式を変形した（５）式を（６）式に代入して得られた（７）式を用いて速度Ｖを算出するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば（４）式における２次の項を省略して得られた次式

を（６）式に代入することにより得られる次式

を用いて速度Ｖ（速度Ｖ１）を算出するようにしても良い。これにより、（４）式における２次の項が微少であり省略可能と見なされる場合に、（７）式に代えて（２０）式を用いることにより、演算処理ブロック１０及び２２における演算処理を簡略化することができる。

さらに上述した実施の形態においては、周囲の気圧ＰＲの変化量を基に高度変化量Ｄｈを算出するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば垂直方向の加速度を検出する垂直加速度センサを設け、当該垂直加速度センサによる検出値を高度変化量に換算するようにしても良い。

さらに上述の実施の形態においては、記憶部１８に予め記憶された気圧高度対応テーブルＴＢＬに従い気圧ＰＲから高度ｈに換算するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば次式

に従って気圧ＰＲを基に高度ｈを算出するようにしても良い。ここでｔ_Ｚは高度ｈ＝０［ｍ］における気温であり、ＰＲ_Ｚは高度ｈ＝０［ｍ］における気圧を表す。

これにより、演算処理量が増加するものの、高度ｈの算出精度を向上させることができる。

さらにこの場合、（２１）式をグラフ化した図１２に示すように、比較的高度が低い部分ＡＲでは特性曲線Ｑを近似直線ＡＬのように近似することができるので、車両１００の現在位置における高度が比較的低いことがわかっている場合、近似直線ＡＬを表す次式

に従い高度変化量Ｄｈを近似的に算出するようにしても良い。これにより、（２１）式の演算を行う場合と比較して、演算処理ブロック１０及び２２における演算処理を簡略化することができる。

さらに上述した実施の形態においては、（９）式が成立せず高度変化量Ｄｈが非高度要因の影響を受けていると判定された際、（１０）式により算出される補正高度変化量Ｄｈｃを新たな高度変化量Ｄｈとするようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば前回の高度変化量Ｄｈをそのまま新たな高度変化量Ｄｈとするようにし、又は前々回の高度変化量Ｄｈと前回の高度変化量Ｄｈとを基に今回の高度変化量Ｄｈの予測値を算出してこれを新たな高度変化量Ｄｈとする等、他の手法により新たな高度変化量Ｄｈを算出するようにしても良い。

さらに上述した実施の形態においては、（８）式により算出した高度変化量Ｄｈが非高度要因の影響を受けているか否かを、最大勾配角度θｍａｘを用いた（９）式により判定するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば高度変化量Ｄｈの取り得る最大値として最大高度変化量Ｄｈｍａｘを規定しておき、高度変化量Ｄｈの絶対値と最大高度変化量Ｄｈｍａｘとの比較結果を基に、高度変化量Ｄｈが非高度要因の影響を受けているか否かを判定するようにしても良い。

ここで高度変化量Ｄｈが非高度要因の影響を受けていると判定された場合には、最大高度変化量Ｄｈｍａｘを新たな高度変化量Ｄｈとして、以降の処理を行うようにすれば良い。

また、単位時間当たりの勾配角度θの変化量として勾配変化率λを規定し、当該勾配変化率λを用いて高度変化量Ｄｈが非高度要因の影響を受けているか否かを判定するようにしても良い。

例えば、車両１００の通常走行時における勾配変化率λの取り得る最大値として、最大勾配変化率λｍａｘを設定しておく。速度検出ユニット２は、図２（Ｃ）に示した関係から得られる次式

に従って直前の時刻ｔ０における高度変化量Ｄｈ及び距離Ｄｍを用いて直前の勾配角度θ０を算出し、次式

が共に成立するか否かを基に、高度変化量Ｄｈが非高度要因の影響を受けているか否かを判定するようにしても良い。

ここで、（２４ａ）式又は（２４ｂ）式が満たされず高度変化量Ｄｈが非高度要因の影響を受けていると判定された場合には、次式

に従い補正高度変化量Ｄｈｃ２を算出し、これを新たな高度変化量Ｄｈとすれば良い。

さらには、車両１００の縦方向に加えられる加速度成分（いわゆる縦Ｇ、以下これを縦加速度αｖと呼ぶ）を用いて高度変化量Ｄｈが非高度要因の影響を受けているか否かを判定するようにしても良い。

一般的な物理の法則に従い、縦加速度αｖと勾配変化率λとの間には、次式

の関係が成立する。そこで、車両１００の通常走行時における縦加速度αｖの取り得る最大値として最大縦加速度αｖｍａｘを設定しておき、速度検出ユニット２において、（２４）式に（２６）式を当てはめることにより得られる次式

が共に成立するか否かを基に、高度変化量Ｄｈが非高度要因の影響を受けているか否かを判定するようにしても良い。

ここで、（２７ａ）式又は（２７ｂ）式が満たされず高度変化量Ｄｈが非高度要因の影響を受けていると判定された場合には、次式

に従い補正高度変化量Ｄｈｃ３を算出し、これを新たな高度変化量Ｄｈとすれば良い。

さらに上述した実施の形態においては、ＧＰＳアンテナ６により受信したＧＰＳ信号を基にＧＰＳ処理部４により位置信号ＰＳを生成するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば準天頂衛星システム、グローナス（ＧＬＯＮＡＳＳ：Global Navigation Satellite System）やガリレオ（ＧＡＬＩＬＥＯ）等の種々の衛星測位システムを利用し、それぞれの測位信号を受信して測位処理を行い位置信号ＰＳを生成するようにしても良い。

さらに上述した実施の形態においては、車両１００に搭載されるナビゲーション装置１及び２０に本発明を適用するようにした場合について述べたが、これに限らず、例えば携帯型のナビゲーション装置や、ＧＰＳ受信機能を有するＰＤＡ、携帯電話機、パーソナルコンピュータ等、車速パルス信号又はこれに類する信号を利用せずにナビゲーション機能を実現する種々の電子機器に本発明を適用するようにしても良い。この場合、当該電子機器は車両１００に限らず、船舶や航空機等に搭載されても良く、或いは単独で用いられても良い。

さらに上述の実施の形態においては、加速度センサとしての加速度センサ１１と、高度変化量算出手段としての高度差算出部１５と、速度算出手段としての速度算出部１７とによって速度検出装置としての速度検出ユニット２及び２１を構成する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、その他種々の回路構成でなる加速度センサと、高度変化量算出手段と、速度算出手段とによって速度検出装置を構成するようにしても良い。

さらに上述の実施の形態においては、加速度センサとしての加速度センサ１１と、角速度センサとしてのヨーレイトセンサ１３と、高度変化量算出手段としての高度差算出部１５と、速度算出手段としての速度算出部１７と、位置情報算出手段としてのナビゲーションユニット３とによって位置検出装置としてのナビゲーション装置１及び２０を構成する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、その他種々の回路構成でなる加速度センサと、角速度センサと、高度変化量算出手段と、速度算出手段と、位置情報算出手段とによって位置検出装置を構成するようにしても良い。

本発明は、車速パルス信号等の速度信号の供給を受けない種々のナビゲーション装置でも利用できる。

第１の実施の形態によるナビゲーション装置の回路構成を示すブロック図である。 高度変化量の算出原理の説明に供する略線図である。 ゼロ重力オフセットの変動と変換基準電位の更新の説明に供する略線図である。 第１の実施の形態による速度出力処理手順を示すフローチャートである。 オフセット加速度算出処理手順を示すフローチャートである。 高度変化量補正処理手順を示すフローチャートである。 速度算出処理手順を示すフローチャートである。 速度算出実験結果を示す略線図である。 第２の実施の形態によるナビゲーション装置の回路構成を示すブロック図である。 角速度の補正の説明に供する略線図である。 第２の実施の形態による速度出力処理手順を示すフローチャートである。 気圧と高度との関係を示す略線図である。

符号の説明

１、２０……ナビゲーション装置、２、２１……速度検出ユニット、３……ナビゲーションユニット、４……ＧＰＳ処理部、１０、２２……演算処理ブロック、１１……加速度センサ、１２……気圧センサ、１３……ヨーレイトセンサ、１５……高度変化量算出部、１６……停車判定部、１７……速度算出部、１９……記憶部、Ｖ……速度、αＧ……検出加速度、αＰ……車両加速度、ｇｆ……重力加速度成分、Ｄｈ……高度変化量、Ｄｍ……距離、ｍｔ……計測時間。

Claims (20)

1. 所定の移動体における進行方向への移動体加速度と当該移動体に作用する重力加速度の上記進行方向成分とが加算された結果に相当する検出加速度を取得する加速度センサと、
   所定の気圧センサにより検出した上記移動体の周囲における気圧を基に上記移動体の所定計測期間における高度変化量を算出する高度変化量算出手段と、
   上記重力加速度の上記進行方向成分と当該重力加速度との比が上記高度変化量と上記計測期間における上記移動体の移動距離との比に対応することを利用して当該高度変化量を基に上記検出加速度に含まれる上記進行方向成分を相殺することにより上記移動体加速度を求め、計測開始時点における上記移動体の既知の速度を基に当該移動体加速度を用いて計測終了時点における上記移動体の速度を算出する速度算出手段と
   を具えることを特徴とする速度検出装置。
2. 上記速度算出手段は、次式
   

   

   に従って上記移動体における上記計測終了時点の速度を算出する
   ことを特徴とする請求項１に記載の速度検出装置。
3. 上記高度変化量算出手段は、
   気圧から高度に換算する高度換算手段により、上記計測開始時及び上記計測終了時点における気圧を上記移動体の高度にそれぞれ換算し、その差分値を上記高度変化量とする
   ことを特徴とする請求項１に記載の速度検出装置。
4. 上記高度換算手段は、
   予め作成された気圧と高度との対応表を基に上記気圧から上記高度に換算する
   ことを特徴とする請求項３に記載の速度検出装置。
5. 上記高度換算手段は、次式
   

   

   に従って上記気圧から上記高度に換算する
   ことを特徴とする請求項３に記載の速度検出装置。
6. 上記速度算出手段は、
   上記計測期間の開始時点における上記移動体の速度と上記計測開始時点における上記検出加速度と上記高度変化量とを用いて上記計測終了時点における上記移動体の速度を算出する
   ことを特徴とする請求項１に記載の速度検出装置。
7. 上記速度算出手段は、
   上記計測開始時点における上記移動体の速度と上記計測開始時点及び上記計測終了時点における上記検出加速度の平均値と上記高度変化量とを用いて上記計測終了時点における上記移動体の速度を算出する
   ことを特徴とする請求項１に記載の速度検出装置。
8. 上記速度算出手段は、
   上記加速度センサにより取得した検出加速度の分散が所定の閾値以下であった場合、上記計測期間の開始時点における上記移動体の速度をゼロとする
   ことを特徴とする請求項１に記載の速度検出装置。
9. 上記移動体における水平方向に垂直な軸回りの角速度を検出する角速度センサと
   を具え、
   上記速度算出手段は、
   上記角速度センサにより取得した角速度の分散が所定の閾値以下であった場合、上記計測期間の開始時点における上記移動体の速度をゼロとする
   ことを特徴とする請求項１に記載の速度検出装置。
10. 上記速度算出手段は、
    上記計測期間の開始時点における上記移動体の速度を所定の衛星測位信号受信測位手段により取得する
    ことを特徴とする請求項１に記載の速度検出装置。
11. 上記高度変化量算出手段は、
    上記高度変化量が所定の高度変化範囲内に収まっていない場合、上記高度変化量を当該高度変化範囲内に収めるよう補正する
    ことを特徴とする請求項１に記載の速度検出装置。
12. 上記高度変化量算出手段は、
    上記高度変化量から得られる勾配角度の最大値である最大勾配角度を基に、上記高度変化量が上記高度変化範囲内であるか否かを判定する
    ことを特徴とする請求項１１に記載の速度検出装置。
13. 上記高度変化量算出手段は、
    上記高度変化量から得られる勾配角度の単位時間当たりにおける勾配変化率の最大値である最大勾配変化率を基に、上記高度変化量が上記高度変化範囲内であるか否かを判定する
    ことを特徴とする請求項１１に記載の速度検出装置。
14. 所定の移動体における進行方向への移動体加速度と当該移動体に作用する重力加速度の上記進行方向成分とが加算された結果に相当する検出加速度を加速度センサにより取得する検出加速度取得ステップと、
    所定の気圧センサにより検出した上記移動体の周囲における気圧を基に上記移動体の所定計測期間における高度変化量を算出する高度変化量算出ステップと、
    上記重力加速度の上記進行方向成分と当該重力加速度との比が上記高度変化量と上記計測期間における上記移動体の移動距離との比に対応することを利用して当該高度変化量を基に上記検出加速度に含まれる上記進行方向成分を相殺することにより上記移動体加速度を求め、計測開始時点における上記移動体の既知の速度を基に当該移動体加速度を用いて計測終了時点における上記移動体の速度を算出する速度算出ステップと
    を具えることを特徴とする速度検出方法。
15. 速度検出装置に対して、
    所定の移動体における進行方向への移動体加速度と当該移動体に作用する重力加速度の上記進行方向成分とが加算された結果に相当する検出加速度を加速度センサにより取得する検出加速度取得ステップと、
    所定の気圧センサにより検出した上記移動体の周囲における気圧を基に上記移動体の所定計測期間における高度変化量を算出する高度変化量算出ステップと、
    上記重力加速度の上記進行方向成分と当該重力加速度との比が上記高度変化量と上記計測期間における上記移動体の移動距離との比に対応することを利用して当該高度変化量を基に上記検出加速度に含まれる上記進行方向成分を相殺することにより上記移動体加速度を求め、計測開始時点における上記移動体の既知の速度を基に当該移動体加速度を用いて計測終了時点における上記移動体の速度を算出する速度算出ステップと
    を実行させることを特徴とする速度検出プログラム。
16. 所定の移動体における進行方向への移動体加速度と当該移動体に作用する重力加速度の上記進行方向成分とが含まれた検出加速度を取得する加速度センサと、
    上記移動体における水平方向に垂直な軸回りの角速度を検出する角速度センサと、
    所定の気圧センサにより検出した上記移動体の周囲における気圧を基に上記移動体の所定計測期間における高度変化量を算出する高度変化量算出手段と、
    上記重力加速度の上記進行方向成分と当該重力加速度との比が上記高度変化量と上記計測期間における上記移動体の移動距離との比に等しいことを利用して、当該高度変化量により上記検出加速度に含まれる上記進行方向成分を相殺し上記計測期間の開始時点における上記移動体の速度を基に上記計測期間の終了時点における上記移動体の速度を算出する速度算出手段と、
    上記計測期間の開始時点における上記移動体の位置情報と上記算出した上記移動体の速度と上記角速度とを基に上記計測期間の終了時点における上記移動体の位置情報を算出する位置情報算出手段と
    を具えることを特徴とする位置検出装置。
17. 上記高度変化量と上記計測期間における上記移動体の移動距離との比を基に上記角速度を補正する角速度補正手段と
    を具え、
    上記位置情報算出手段は、
    上記補正後の上記角速度を用いて上記計測期間の終了時点における上記移動体の位置情報を算出する
    ことを特徴とする請求項１６に記載の位置検出装置。
18. 所定の移動体における進行方向への移動体加速度と当該移動体に作用する重力加速度の上記進行方向成分とが含まれた検出加速度を加速度センサにより取得する検出加速度取得ステップと、
    上記移動体における水平方向に垂直な軸回りの角速度を角速度センサにより検出する角速度検出ステップと、
    所定の気圧センサにより検出した上記移動体の周囲における気圧を基に上記移動体の所定計測期間における高度変化量を算出する高度変化量算出ステップと、
    上記重力加速度の上記進行方向成分と当該重力加速度との比が上記高度変化量と上記計測期間における上記移動体の移動距離との比に等しいことを利用して、当該高度変化量により上記検出加速度に含まれる上記進行方向成分を相殺し上記計測期間の開始時点における上記移動体の速度を基に上記計測期間の終了時点における上記移動体の速度を算出する速度算出ステップと、
    上記計測期間の開始時点における上記移動体の位置情報と上記算出した上記移動体の速度と上記角速度とを基に上記計測期間の終了時点における上記移動体の位置情報を算出する位置情報算出ステップと
    を具えることを特徴とする位置検出方法。
19. 位置検出装置に対して、
    所定の移動体における進行方向への移動体加速度と当該移動体に作用する重力加速度の上記進行方向成分とが含まれた検出加速度を加速度センサにより取得する検出加速度取得ステップと、
    上記移動体における水平方向に垂直な軸回りの角速度を角速度センサにより検出する角速度検出ステップと、
    所定の気圧センサにより検出した上記移動体の周囲における気圧を基に上記移動体の所定計測期間における高度変化量を算出する高度変化量算出ステップと、
    上記重力加速度の上記進行方向成分と当該重力加速度との比が上記高度変化量と上記計測期間における上記移動体の移動距離との比に等しいことを利用して、当該高度変化量により上記検出加速度に含まれる上記進行方向成分を相殺し上記計測期間の開始時点における上記移動体の速度を基に上記計測期間の終了時点における上記移動体の速度を算出する速度算出ステップと、
    上記計測期間の開始時点における上記移動体の位置情報と上記算出した上記移動体の速度と上記角速度とを基に上記計測期間の終了時点における上記移動体の位置情報を算出する位置情報算出ステップと
    を実行させることを特徴とする位置検出プログラム。
20. 所定の衛星測位システムからの測位信号を受信して所定の移動体の現在位置を算出する現在位置算出手段と、
    上記移動体の進行方向への移動体加速度と当該移動体に作用する重力加速度の上記進行方向成分とが加算された結果に相当する検出加速度を取得する加速度センサと、
    所定の気圧センサにより検出した上記移動体の周囲における気圧を基に上記移動体の所定計測期間における高度変化量を算出する高度変化量算出手段と、
    上記重力加速度の上記進行方向成分と当該重力加速度との比が上記高度変化量と上記計測期間における上記移動体の移動距離との比に対応することを利用して当該高度変化量を基に上記検出加速度に含まれる上記進行方向成分を相殺することにより上記移動体加速度を求め、計測開始時点における上記移動体の既知の速度を基に当該移動体加速度を用いて計測終了時点における上記移動体の速度を算出する速度算出手段と、
    上記速度算出手段により算出した上記移動体の速度を基に上記移動体の位置に関する情報を提示する情報提示手段と
    を具えることを特徴とするナビゲーション装置。

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