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公開番号2024136142
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-10-04
出願番号2023047134
出願日2023-03-23
発明の名称多軸実装センサシステム
出願人株式会社豊田中央研究所,株式会社デンソー,株式会社ミライズテクノロジーズ,トヨタ自動車株式会社
代理人弁理士法人快友国際特許事務所
主分類G01C 19/00 20130101AFI20240927BHJP(測定;試験)
要約【課題】検出精度が改善された多軸実装センサシステムを提供する。
【解決手段】多軸実装センサシステムは、台座と、台座に取り付けられ傾斜面を有する第1-第4ブロックと、を備える。多軸実装センサシステムは、傾斜面に配置されており、第1-第4角速度を測定可能な、第1-第4一軸慣性力センサを備える。多軸実装センサシステムは、第1-第4ピッチ角および第1-第4ロール角を記憶可能に構成されている記憶部を備える。多軸実装センサシステムは、第1-第4角速度に基づいて、3軸角速度を算出する演算部を備える。演算部は、第1-第4ピッチ角および第1-第4ロール角の少なくとも一方に基づいて、第1-第4角速度を補正する第1補正機能を備える。演算部は、第1-第4ピッチ角に基づいて、3軸角速度を補正する第2補正機能を備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
平面を備える台座であって、前記平面に含まれる直交するｘ軸およびｙ軸と、前記平面に垂直なｚ軸と、からなる直交３軸座標系を備える台座と、
前記台座に取り付けられ、前記平面に対して傾斜している傾斜面を有する第１－第４ブロックであって、前記第１ブロックおよび前記第２ブロックは前記ｘ軸方向に整列しており、前記第３ブロックおよび前記第４ブロックは前記ｙ軸方向に整列している、前記第１－第４ブロックと、
前記第１ブロックの傾斜面に配置されており、第１測定軸周りの第１角速度を測定可能な第１一軸慣性力センサと、
前記第２ブロックの傾斜面に配置されており、第２測定軸周りの第２角速度を測定可能な第２一軸慣性力センサと、
前記第３ブロックの傾斜面に配置されており、第３測定軸周りの第３角速度を測定可能な第３一軸慣性力センサと、
前記第４ブロックの傾斜面に配置されており、第４測定軸周りの第４角速度を測定可能な第４一軸慣性力センサと、
第１－第４ピッチ角および第１－第４ロール角を記憶可能に構成されている記憶部であって、
前記第１ピッチ角は、前記第１測定軸が前記平面となす角度と予め定められた所定角度との角度差であり、
前記第２ピッチ角は、前記第２測定軸が前記平面となす角度と前記所定角度との角度差であり、
前記第３ピッチ角は、前記第３測定軸が前記平面となす角度と前記所定角度との角度差であり、
前記第４ピッチ角は、前記第４測定軸が前記平面となす角度と前記所定角度との角度差であり、
前記第１ロール角は、前記第１測定軸を前記平面に投射した投射軸が前記ｘ軸となす角度であり、
前記第２ロール角は、前記第２測定軸を前記平面に投射した投射軸が前記ｘ軸となす角度であり、
前記第３ロール角は、前記第３測定軸を前記平面に投射した投射軸が前記ｙ軸となす角度であり、
前記第４ロール角は、前記第４測定軸を前記平面に投射した投射軸が前記ｙ軸となす角度である、前記記憶部と、
前記第１－第４角速度に基づいて、前記直交３軸座標系における３軸角速度を算出する演算部と、
を備える多軸実装センサシステムであって、
前記演算部は、
前記第１－第４ピッチ角および前記第１－第４ロール角の少なくとも一方に基づいて、前記第１－第４角速度を補正する第１補正機能と、
前記第１－第４ピッチ角に基づいて、前記３軸角速度を補正する第２補正機能と、
を実行可能に構成されている、多軸実装センサシステム。
続きを表示（約 1,500 文字）【請求項２】
前記演算部は、
前記第１補正機能による補正が行われていない補正前の前記第１－第４角速度に基づいて１回目の前記３軸角速度を算出し、
１回目の前記３軸角速度、および、前記第１－第４ピッチ角および前記第１－第４ロール角の少なくとも一方に基づいて、前記第１－第４角速度に対して前記第１補正機能による補正を行い、
前記第１補正機能による補正が行われた補正後の前記第１－第４角速度に基づいて、２回目の前記３軸角速度を算出する、請求項１に記載の多軸実装センサシステム。
【請求項３】
前記第１補正機能では、
１回目の前記３軸角速度に含まれるｙ軸周り角速度と前記第１ロール角に基づいて、前記第１角速度を補正し、
１回目の前記３軸角速度に含まれるｙ軸周り角速度と前記第２ロール角に基づいて、前記第２角速度を補正し、
１回目の前記３軸角速度に含まれるｘ軸周り角速度と前記第３ロール角に基づいて、前記第３角速度を補正し、
１回目の前記３軸角速度に含まれるｘ軸周り角速度と前記第４ロール角に基づいて、前記第４角速度を補正する、
請求項２に記載の多軸実装センサシステム。
【請求項４】
前記第１補正機能では、
１回目の前記３軸角速度に含まれるｙ軸周り角速度に前記第１ロール角の正弦値を乗じて得られた値を、前記第１角速度から減じることによって、前記第１角速度を補正し、
１回目の前記３軸角速度に含まれるｙ軸周り角速度に前記第２ロール角の正弦値を乗じて得られた値を、前記第２角速度から減じることによって、前記第２角速度を補正し、
１回目の前記３軸角速度に含まれるｘ軸周り角速度に前記第３ロール角の正弦値を乗じて得られた値を、前記第３角速度から減じることによって、前記第３角速度を補正し、
１回目の前記３軸角速度に含まれるｘ軸周り角速度に前記第４ロール角の正弦値を乗じて得られた値を、前記第４角速度から減じることによって、前記第４角速度を補正する、
請求項３に記載の多軸実装センサシステム。
【請求項５】
前記第１補正機能では、前記第１－第４ピッチ角に基づいて前記第１－第４角速度を補正し、
前記演算部では、
補正後の前記第１－第４角速度に基づいて、ｘ軸周り角速度、ｙ軸周り角速度、ｚ軸周り角速度からなる前記３軸角速度を算出し、
前記第２補正機能では、
前記第１－第４ピッチ角に基づいて、前記ｘ軸周り角速度を補正するｘ軸補正係数、前記ｙ軸周り角速度を補正するｙ軸補正係数、前記ｚ軸周り角速度を補正するｚ軸補正係数、を算出し、
算出した前記ｘ軸補正係数、前記ｙ軸補正係数、前記ｚ軸補正係数の各々に基づいて、前記ｘ軸周り角速度、前記ｙ軸周り角速度、前記ｚ軸周り角速度を補正する、
請求項１に記載の多軸実装センサシステム。
【請求項６】
前記第１補正機能では、
前記第１角速度の前記ｚ軸方向のベクトル成分および前記ｘ軸方向のベクトル成分を前記第１ピッチ角に基づいて補正し、
前記第２角速度の前記ｚ軸方向のベクトル成分および前記ｘ軸方向のベクトル成分を前記第２ピッチ角に基づいて補正し、
前記第３角速度の前記ｚ軸方向のベクトル成分および前記ｙ軸方向のベクトル成分を前記第３ピッチ角に基づいて補正し、
前記第４角速度の前記ｚ軸方向のベクトル成分および前記ｙ軸方向のベクトル成分を前記第４ピッチ角に基づいて補正する、
請求項１に記載の多軸実装センサシステム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本明細書が開示する技術は、多軸実装センサシステムに関する。
続きを表示（約 3,500 文字）【背景技術】
【０００２】
特許文献１に、４つの一軸ジャイロセンサを特定の位置関係で配置することにより、センサの出力値を３軸化するセンサシステム３が開示されている。これにより、ＸＹＺ直交３軸の角速度を検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２００５－２２１２８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の技術では、４つのジャイロセンサの測定軸と水平平面とがなす角度が、全て等しいことを前提において、３軸化を行っている。従って、４つの角度に誤差が存在すると、３軸化により得られる角速度に誤差が生じてしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書で開示する多軸実装センサシステムの一態様は、平面を備える台座を備える。台座は、平面に含まれる直交するｘ軸およびｙ軸と、平面に垂直なｚ軸と、からなる直交３軸座標系を備える。多軸実装センサシステムは、台座に取り付けられ、平面に対して傾斜している傾斜面を有する第１－第４ブロックを備える。第１ブロックおよび第２ブロックはｘ軸方向に整列しており、第３ブロックおよび第４ブロックはｙ軸方向に整列している。多軸実装センサシステムは、第１ブロックの傾斜面に配置されており、第１測定軸周りの第１角速度を測定可能な第１一軸慣性力センサを備える。多軸実装センサシステムは、第２ブロックの傾斜面に配置されており、第２測定軸周りの第２角速度を測定可能な第２一軸慣性力センサを備える。多軸実装センサシステムは、第３ブロックの傾斜面に配置されており、第３測定軸周りの第３角速度を測定可能な第３一軸慣性力センサを備える。多軸実装センサシステムは、第４ブロックの傾斜面に配置されており、第４測定軸周りの第４角速度を測定可能な第４一軸慣性力センサを備える。多軸実装センサシステムは、第１－第４ピッチ角および第１－第４ロール角を記憶可能に構成されている記憶部を備える。第１ピッチ角は、第１測定軸が平面となす角度と予め定められた所定角度との角度差である。第２ピッチ角は、第２測定軸が平面となす角度と所定角度との角度差である。第３ピッチ角は、第３測定軸が平面となす角度と所定角度との角度差である。第４ピッチ角は、第４測定軸が平面となす角度と所定角度との角度差である。第１ロール角は、第１測定軸を平面に投射した投射軸がｘ軸となす角度である。第２ロール角は、第２測定軸を平面に投射した投射軸がｘ軸となす角度である。第３ロール角は、第３測定軸を平面に投射した投射軸がｙ軸となす角度である。第４ロール角は、第４測定軸を平面に投射した投射軸がｙ軸となす角度である。第１－第４角速度に基づいて、直交３軸座標系における３軸角速度を算出する演算部と、
演算部は、第１－第４ピッチ角および第１－第４ロール角の少なくとも一方に基づいて、第１－第４角速度を補正する第１補正機能を備える。演算部は、第１－第４ピッチ角に基づいて、３軸角速度を補正する第２補正機能を備える。
【０００６】
上記の構成によると、第１－第４一軸慣性力センサに、第１－第４ピッチ角や第１－第４ロール角が存在している場合においても、第１補正機能によって第１－第４角速度を補正することができる。また、第２補正機能によって、３軸角速度を補正することができる。従って、３軸角速度の誤差を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
多軸実装センサシステム１の概略図を示す。
第２ロール角φ
２ｅ
を説明する図である。
第２ピッチ角θ
２ｅ
を説明する図である。
第３ジャイロセンサＳＥ３の検出軸および非検出軸を説明する図である。
第３ロール角φ
３ｅ
を変化させた場合における、３軸感度のグラフである。
第３ピッチ角θ
３ｅ
を変化させた場合における、３軸感度のグラフである。
ロール角およびピッチ角がセンサ感度に与える影響をまとめた表である。
ロール角φおよびピッチ角θの影響の補正手法の基本概念を示す図である。
図８の基本概念をさらに具体化した中位概念を示す図である。
ロール角φ
ｅ
が発生していない状態の第２ジャイロセンサＳＥ２を示す図である。
ロール角φ
ｅ
が発生している状態の第２ジャイロセンサＳＥ２を示す図である。
第１補正機能Ｃ１＿１の具体的な内容を説明するフロー図である。
第２ピッチ角θ
２ｅ
が発生していない状態の第２ジャイロセンサＳＥ２を示す図である。
第２ピッチ角θ
２ｅ
が発生している状態の第２ジャイロセンサＳＥ２を示す図である。
２軸ベクトルに分解する様子を示した図である。
補正後の２軸ベクトルを示す図である。
主軸感度の補正を説明する図である。
第１補正機能Ｃ１＿２および第２補正機能Ｃ２の具体的な内容を説明するフロー図である。
実施例２に係る多軸実装センサシステム１０１の概念図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【０００８】
（多軸実装センサシステム１の構造）
図１に、多軸実装センサシステム１の概略図を示す。多軸実装センサシステム１は、ｘ軸周り、ｙ軸周り及びｚ軸周りの角速度を検知する、３軸角速度（ジャイロ）センサシステムである。多軸実装センサシステム１は、慣性力センサ２、演算部３、記憶部４、を主に備えている。慣性力センサ２は、いわゆる積み木式傾斜実装構造を備えている。慣性力センサ２は、台座１１、第１ブロックＢ１－第４ブロックＢ４、第１ジャイロセンサＳＥ１－第４ジャイロセンサＳＥ４、を主に備えている。台座１１は平面１１ｐを備えている。台座１１は、平面１１ｐに含まれている直交するｘ軸およびｙ軸と、平面１１ｐに垂直なｚ軸と、からなる直交３軸座標系を備えている。なお本明細書では、台座１１を基準とした３軸座標系を、小文字のｘ、ｙ、ｚで表している。また第１ブロックＢ１－第４ブロックＢ４を基準とした３軸座標系を、大文字のＸ、Ｙ、Ｚで表している。
【０００９】
第１ブロックＢ１－第４ブロックＢ４は、台座１１の平面１１ｐ上に取り付けられている。第１ブロックＢ１－第４ブロックＢ４の各々は、平面１１ｐに対して傾斜している傾斜面Ｂ１ｐ－Ｂ４ｐを有している。傾斜面Ｂ１ｐ－Ｂ４ｐが平面１１ｐとなす所定角度ＰＡは、全て同一であり、本実施例では４５度である。第１ブロックＢ１および第２ブロックＢ２は、ｘ軸方向に整列しており、互いに対向している。第３ブロックＢ３および第４ブロックＢ４は、ｙ軸方向に整列しており、互いに対向している。具体的には、第１ブロックＢ１の傾斜面Ｂ１ｐと第２ブロックＢ２の傾斜面Ｂ２ｐ同士が、内向きになるように、ｘ軸方向に並んで対向配置されている。また、第３ブロックＢ３の傾斜面Ｂ３ｐと第４ブロックＢ４の傾斜面Ｂ４ｐ同士が、内向きになるように、ｙ軸方向に並んで対向配置されている。
【００１０】
第１ジャイロセンサＳＥ１－第４ジャイロセンサＳＥ４の各々は、第１ブロックＢ１－第４ブロックＢ４の傾斜面Ｂ１ｐ－Ｂ４ｐに配置されている。第１ジャイロセンサＳＥ１－第４ジャイロセンサＳＥ４の各々は、搭載面（傾斜面Ｂ１ｐ－Ｂ４ｐ）に垂直な第１測定軸Ａ
１ｚ
－第４測定軸Ａ
４ｚ
を備えている。第１ジャイロセンサＳＥ１は、第１測定軸Ａ
１ｚ
周りの第１角速度Ｓ
１
を測定可能である。第２ジャイロセンサＳＥ２は、第２測定軸Ａ
２Ｚ
周りの第２角速度Ｓ
２
を測定可能である。第３ジャイロセンサＳＥ３は、第３測定軸Ａ
３Ｚ
周りの第３角速度Ｓ
３
を測定可能である。第４ジャイロセンサＳＥ４は、第４測定軸Ａ
４Ｚ
周りの第４角速度Ｓ
４
を測定可能である。
（【００１１】以降は省略されています）

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