专利名称：速度计算设备、速度计算方法、导航设备和带导航功能的移动电话机的制作方法
技术领域：
本发明涉及速度计算设备，速度计算方法，导航设备和带导航功能的移动电话机， 更具体地说，本发明涉及一种便携式导航设备。
背景技术：
在现有技术中，导航设备被配置成从多颗GPS (全球定位系统)卫星接收定位信号 (下面称为GPS信号)，并根据所述GPS信号计算可移动物体(例如，车辆等)的当前位置。不过，在这种导航设备中，在安装有导航设备的车辆进入隧道、地下车库等的情况 下，不能从GPS卫星接收GPS信号，从而不能根据GPS信号计算车辆的当前位置。于在，在导航设备之中，存在一种即使在不能接收GPS信号的情况下，仍然计算当 前位置的导航设备。在该导航设备中，在转弯时，根据与车辆的行进方向垂直的水平方向的 加速度，和绕与行进方向垂直的垂直轴的角速度，计算行进方向的速度，并根据行进方向的 速度，计算当前位置(例如，参见未经审查的日本专利申请公开No. 2008-76389)。
发明内容
但是，在具有这种结构的导航设备中，由于根据水平方向的加速度和绕垂直轴的 角速度计算的行进方向的速度的精度不一定高，因此。根据该速度计算的当前位置也包括
一定程度的误差。结果，该导航设备存在地图显示或路线引导中的位置精度被降低，以致导航设备 不能提示适当的地图或路线的问题。理想的是提供一种能够高度精确地计算车辆的速度的速度计算设备和速度计算 方法，和能够高度精确地计算车辆的位置的导航设备和带导航功能的移动电话机。按照本发明的一个实施例，提供一种速度计算设备和速度计算方法，其中水平角 速度检测部分被允许检测水平轴角速度，所述水平角速度检测部分被布置在安装于沿移动 平面移动的可移动物体上的主体部分上，所述水平轴角速度是按照移动平面的倾斜角产生 的，绕与可移动物体的行进方向垂直的水平轴的角速度；布置在所述主体部分上的垂直加 速度检测部分被允许检测垂直加速度，所述垂直加速度是按照移动平面的形状产生的垂直 方向的加速度；预定时间差计算部分被允许计算由移动平面的预定位置引起的，出现在水 平轴角速度中的特征分量和出现在垂直加速度中的特征分量之间的时间差；和预定速度计 算部分被允许根据安装距离和时间差之间的比值，计算代表可移动物体的行进方向的速度 的时间差速度，所述安装距离是在整个可移动物体中，水平角速度被视为作用于的位置到 所述主体部分的安装位置的距离。在可移动物体中，按照移动平面的形状，在可移动物体中的每个位置出现垂直加 速度，并且在整个可移动物体中，水平角速度被改变，以致估计水平角速度作用于预定的位 置。因此，在本发明中，通过根据从水平角速度被视为作用于的位置到安装位置的距离，与垂直加速度和水平角速度之间的时间差的比值，能够精度良好地计算可移动物体的速度。另外，按照本发明的另一个实施例，提供一种导航设备，包括水平角速度检测部 分，所述水平角速度检测部分被布置在安装于沿移动平面移动的可移动物体上的主体部分 上，并被配置成检测水平轴角速度，所述水平轴角速度是按照移动平面的倾斜角产生的，绕 与可移动物体的行进方向垂直的水平轴的角速度；垂直加速度检测部分，所述垂直加速度 检测部分被布置在所述主体部分上，并被配置成检测垂直加速度，所述垂直加速度是按照 移动平面的形状产生的垂直方向的加速度；时间差计算部分，所述时间差计算部分被配置 成计算由移动平面的预定位置引起的，出现在水平轴角速度中的特征分量和出现在垂直加 速度中的特征分量之间的时间差；速度计算部分，所述速度计算部分被配置成根据安装距 离和所述时间差之间的比值，计算代表可移动物体的行进方向的速度的时间差速度，所述 安装距离是在整个可移动物体中，水平角速度被视为作用于的位置到所述主体部分的安装 位置的距离；垂直方向角速度检测部分，所述垂直方向角速度检测部分被配置成计算绕与 可移动物体的行进方向垂直的垂直轴的角速度；角度计算部分，所述角度计算部分被配置 成根据绕垂直轴的角速度，计算可移动物体的转动角度；和位置计算部分，所述位置计算部 分被配置成根据由速度计算部分计算的行进方向的速度，和由角度计算部分计算的角度， 计算可移动物体的位置。在可移动物体中，按照移动平面的形状，在可移动物体中的每个位置出现垂直加 速度，并且在整个可移动物体中，水平角速度被改变，以致估计水平角速度作用于预定的位 置。因此，在本发明中，通过根据从估计水平角速度作用于的位置到安装位置的距离，与垂 直加速度和水平角速度之间的时间差的比值，能够精度良好地计算可移动物体的速度，根 据可移动物体的速度和计算的角度，能够精度良好地计算可移动物体的位置。另外，按照本发明的又一个实施例，提供一种带导航功能的移动电话机，包括水 平角速度检测部分，所述水平角速度检测部分被布置在安装于沿移动平面移动的可移动物 体上的主体部分上，并被配置成检测水平轴角速度，所述水平轴角速度是按照移动平面的 倾斜角产生的，绕与可移动物体的行进方向垂直的水平轴的角速度；垂直加速度检测部分， 所述垂直加速度检测部分被布置在所述主体部分上，并被配置成检测垂直加速度，所述垂 直加速度是按照移动平面的形状产生的垂直方向的加速度；时间差计算部分，所述时间差 计算部分被配置成计算由移动平面的预定位置引起的，出现在水平轴角速度中的特征分量 和出现在垂直加速度中的特征分量之间的时间差；速度计算部分，所述速度计算部分被配 置成根据安装距离和所述时间差之间的比值，计算代表可移动物体的行进方向的速度的时 间差速度，所述安装距离是在整个可移动物体中，估计水平角速度作用于的位置到所述主 体部分的安装位置的距离；垂直方向角速度检测部分，所述垂直方向角速度检测部分被配 置成计算绕与可移动物体的行进方向垂直的垂直轴的角速度；角度计算部分，所述角度计 算部分被配置成根据绕垂直轴的角速度，计算可移动物体的转动角度；位置计算部分，所述 位置计算部分被配置成根据由速度计算部分计算的行进方向的速度，和由角度计算部分计 算的角度，计算可移动物体的位置；和移动电话部分，所述移动电话部分被配置成通过与预 定基站的无线电通信，执行通话处理。在可移动物体中，按照移动平面的形状，在可移动物体中的每个位置出现垂直加 速度，并且在整个可移动物体中，水平角速度被改变，以致估计水平角速度作用于预定的位置。因此，在本发明中，通过根据从估计水平角速度作用于的位置到安装位置的距离，与垂 直加速度和水平角速度之间的时间差的比值，能够精度良好地计算可移动物体的速度，根 据可移动物体的速度和计算的角度，能够精度良好地计算可移动物体的位置。按照本发明，能够根据从水平角速度被视为作用于的位置到安装位置的距离，与 垂直加速度和水平角速度之间的时间差的比值，精度良好地计算可移动物体的速度。于是， 按照本发明，可实现能够高精度地计算可移动物体的速度的速度计算设备和速度计算方 法。另外，按照本发明，能够根据从水平角速度被视为作用于的位置到安装位置的距 离，与垂直加速度和水平角速度之间的时间差的比值，精度良好地计算可移动物体的速度， 并且能够根据可移动物体的速度和计算的角度，精度良好地计算可移动物体的位置。于是， 按照本发明，可实现能够高精度地计算可移动物体的位置的导航设备和带导航功能的移动 电话机。
图1是图解说明PND的整体结构的示意图；图2是图解说明PND相对于车辆的安装位置的示意图。图3是图解说明PND中的传感器结构和坐标直径的定义的示意图。图4是图解说明在车辆前部的加速度和俯仰速率的测量结果的示意图。图5是图解说明在车辆中央的加速度和俯仰速率的测量结果的示意图。图6是图解说明在车辆后部的加速度和俯仰速率的测量结果的示意图。图7A和7B是图解说明车辆的行进方向的示意图。图8是图解说明前进时的加速度和俯仰速率的测量结果的示意图。图9是图解说明后退时的加速度和俯仰速率的测量结果的示意图。图10是图解说明曲线行驶时的状态的示意图。图11是图解说明利用自控速度和角度的当前位置计算的示意图。图12是图解说明按照第一实施例的PND的电路结构的示意图。图13是图解说明按照第一实施例的自控速度计算部分的结构的示意图。图14是图解说明离散移动量与加速度波形和俯仰速率波形之间的关系的示意 图。图15是图解说明移动量与交互相关值之间的关系的示意图。图16是图解说明当前位置计算处理程序的流程图。图17是图解说明速度计算处理程序的流程图。图18是图解说明时间差计算处理程序的流程图。图19是图解说明时间差速度的计算结果的示意图。图20是图解说明GPS速度的计算结果的示意图。图21是图解说明按照第二实施例的PND的电路结构的示意图。图22是图解说明按照第二实施例的自控速度计算部分的结构的示意图。图23A和2 是图解说明在不平的路面上行驶时的状态的示意图。图24A和24B是图解说明离散时间差和时间差速度之间的关系的示意图。
图25是图解说明移动电话机的整体结构的示意图。图沈是图解说明移动电话机的电路结构的示意图。图27是图解说明按照其它实施例的使用例子的示意图。
具体实施例方式下面参考附图，说明实现本发明的实施例(下面称为实施例)。按照下述顺序进行 说明。1.第一实施例(利用时间差速度的导航设备的例子)2.第二实施例(切换利用时间差速度和起伏速度的导航设备的例子)3.第三实施例(移动电话机)4.其它实施例1.第一实施例1-1. PND 的结构在本发明中，使用图1中图解说明的便携式导航设备(下面称为PND (个人导航装 置)1)作为导航设备。PND 1具备在其正面的显示部分2。与保存在内置的非易失性存储器等(后面说 明)中的地图数据相应的地像等被显示在显示部分2上，以便向用户提示内容。另外，如果PDm被安装在支架10上，那么PND 1与支架10机械连接或电气连接。 支架10通过吸盘IOA安装在图2中所示的车辆9的仪表板等上。于是，PND 1被配置成以通过支架10，从车辆9的电池供给的电力为动力工作。当 从支架10取下PND 1时，PND 1被配置成以从内置电池供给的电力为动力独立工作。另外，作为支架10和PND 1相对于车辆9的安装位置，可以使用在车辆9的车室 中的较前部安装位置Nl，车室中的大体在中央的安装位置N2，和车室中的较后部安装位置 N3等等。这里，PND 1被安装成以致显示部分2大体垂直于车辆9的行进方向。这种情况 下，如图3中所示，在PND 1的坐标系中，车辆9的前/后方向(行进方向)用X轴表示；垂 直于X轴的水平方向用Y轴表示；上/下方向用Z轴表示。在该坐标系中，车辆9的行进方向被定义成正X轴；向右的方向被定义成正Y轴； 向下的方向被定义成正Z轴。另外，在其内部中，PND 1设有三轴加速度传感器4，Y轴陀螺传感器5和Z轴陀螺 传感器6。三轴加速度传感器4被配置成按预定的采样周期，以电压值的形式检测X轴方向 的加速度α x，Y轴方向的加速度％和Z轴方向的加速度αζ。另外，Y轴陀螺传感器5和Z轴陀螺传感器6分别被配置成按预定的采样周期，以 电压值的形式检测绕Y轴的俯仰速率Oy，和绕Z轴的偏航速率ωζ。1-2.基本原理按照本发明的PND 1还被配置成执行自控定位处理，所述自控定位处理根据由三 轴加速度传感器4、Υ轴陀螺传感器5等检测的加速度、俯仰速率等，计算在道路上行驶的车 辆9的速度(下面称为自控速度V)，随后计算当前位置。这里，说明计算速度和当前位置的基本原理。另外，作为可移动物体，车辆9具有两个轮轴。类似于普通的乘用车，车辆9被假 定为具有绕前轮轴转动的两个前轮，和绕后轮轴转动的两个后轮的四轮汽车。1-2-1.速度计算的基本原理通常，在许多情况下，作为行进平面的路面不是完全平坦的，相反具有一定的不平 度。当车辆9在路面上行驶时，通过由于车辆重力的作用而使车轮贴合路面，并且使车轮可 以转动，车辆9沿着路面行进。例如，当车辆9驶过台阶时，垂直方向的加速度在车辆的前部变成较大值，在车辆 的后部变成较小值。换句话说，在车辆9中，在车辆9中的每个位置产生与该位置对应的垂 直方向的加速度。于是，安装在车辆9中的PND 1可用三轴加速度传感器4，检测安装位置的加速度
α ζ。另一方面，在车辆9中，为了一边移动一边保持车轮接触路面的状态，整个车身的 倾斜度被改变，以致出现绕Y轴(图；3)的角速度(即，俯仰速率Oy)。由于前后轮沿着路面 的形状而行，因此出现角速度。于是，角速度可被视为作用于前轮轴和后轮轴的中点WM(图 2)。换句话说，例如，在PND 1被安装在车辆9的前部的安装位置m (图2)的情况下， 加速度α ζ是在安装位置W的检测值，俯仰速率是在前后轮轴的中点丽的检测值。例如，当车辆9在其一部分凸起的路面上前进时，在预定时间点T α的加速度αζ 的检测值中，出现与凸起位置相应的特征分量，在经过某一时间差ΔΤ之后，在预定时间点 Τω的俯仰速率的检测值中，出现与凸起位置相应的特征分量。这里，其中PND 1被安装在其安装位置Nl (前部)，Ν2 (中央部分)和Ν3 (后部) 的车辆9在实际道路上行驶，在这些情况下获得的加速度Ciz和俯仰速率的测量结果被 图解表示成图4、5和6中的曲线图。从图4知道，在PND 1被安装在安装位置附(车辆9的前部)的情况下，加速度αζ 领先于俯仰速率ω y约0. 08 [s]。另外，从图5知道，在PND 1被安装在安装位置N2 (大体在车辆9的中部)的情况 下，加速度α z和俯仰速率基本上同时被改变。另外，从图6知道，在PND 1被安装在安装位置N3(车辆9的后部)的情况下，加 速度α 2落后于俯仰速率coy约0.2[s]。这样，确认由加速度Ciz和俯仰速率表示的特征分量的前/后关系，或者时间 差Δ T随车辆9的PND 1的安装位置的不同而不同。这里，根据时间、距离和速度之间的一般关系，时间差ΔΤ变成与从安装PND 1的 安装位置m到前后轮轴的中点WM的距离(下面称为安装距离D)和此时车辆9的速度相 应的值。换句话说，如果获得安装距离D和时间差Δ T，那么通过按照下面的方程式(1)进 行计算处理，PND 1可计算车辆9的速度(下面称为时间差速度VT)。[方程式1]
权利要求
1.一种速度计算设备，包括水平角速度检测部分，被布置在安装于沿移动平面移动的可移动物体的主体部分，并 被配置成检测水平轴角速度，所述水平轴角速度是与所述移动平面的倾斜角相应地产生 的、绕与可移动物体的行进方向垂直的水平轴的角速度；垂直加速度检测部分，被布置在所述主体部分，并被配置成检测垂直加速度，所述垂直 加速度是与所述移动平面的形状相应地产生的沿垂直方向的加速度；时间差计算部分，被配置成计算由所述移动平面的预定位置引起的、出现在水平轴角 速度中的特征分量和出现在垂直加速度中的特征分量之间的时间差；以及速度计算部分，被配置成根据安装距离和所述时间差之间的比值，计算代表可移动物 体的行进方向的速度的时间差速度，所述安装距离是从整个可移动物体中水平角速度被视 为作用到的位置到所述主体部分的安装位置的距离。
2.按照权利要求1所述的速度计算设备，其中时间差计算部分根据预定时间间隔中的 水平轴角速度和垂直加速度之间的相关值，计算时间差。
3.按照权利要求2所述的速度计算设备，其中水平角速度检测部分和垂直加速度检测部分分别按预定检测周期，检测水平角速 度和垂直加速度；以及其中时间差计算部分沿着时间轴的方向，以检测周期为单位，移动水平轴角速度和垂 直加速度的检测结果，并根据按多种不同的时间移动量获得的相关值，以等于或小于检测 周期的时间精度，计算时间差。
4.按照权利要求1所述的速度计算设备，其中时间差计算部分根据预定时间间隔中的 水平轴角速度和垂直加速度的协方差值，计算时间差。
5.按照权利要求1所述的速度计算设备，其中时间差计算部分计算在预定时间间隔中 水平轴角速度的波形变成极大值或极小值的时间点与垂直加速度的波形变成极大值或极 小值的时间点之间的差，作为所述时间差。
6.按照权利要求5所述的速度计算设备，其中在水平轴角速度的检测值的极性和垂直 加速度的检测值的极性彼此不同的情况下，时间差计算部分计算在所述时间间隔中水平轴 角速度变成极大值或极小值的时间点与垂直加速度变成极小值或极大值的时间点之间的 差，作为所述时间差。
7.按照权利要求1所述的速度计算设备，其中在时间差计算部分计算出多个时间差的 情况下，速度计算部分通过选择所计算出的时间差速度最接近前一时间差速度的时间差， 来计算时间差速度。
8.按照权利要求1所述的速度计算设备，其中时间差计算部分计算时间差，产生表示水平轴角速度和垂直加速度中的哪一个在 先的领先信息，以及其中速度计算部分计算可移动物体的时间差速度，并根据所述领先信息来确定可移动 物体的行进方向。
9.按照权利要求1所述的速度计算设备，其中可移动物体借助绕至少两个以上的轴转动的轮子，沿着移动平面移动，以及其中速度计算部分通过把在可移动物体的行进方向上、从所述轴之间的中点到所述主体部分的安装位置的距离用作安装距离，计算时间差速度。
10.按照权利要求1所述的速度计算设备，还包括定位单元，被配置成测量可移动物体的当前位置；定位速度计算部分，被配置成根据当前位置的定位结果，计算表示可移动物体的速度 的定位速度；以及安装距离计算部分，被配置成根据时间差计算部分计算出的时间差以及所述定位速 度，计算所述安装距离。
11.按照权利要求1所述的速度计算设备，还包括输出处理部分，所述输出处理部分被 配置成在速度计算部分计算出的时间差速度小于预定下限阈值的情况下，校正并输出所述 时间差速度。
12.按照权利要求11所述的速度计算设备，其中在所述时间差速度小于所述下限阈值 的情况下，输出处理部分用之前刚刚计算出的时间差速度代替所述时间差速度。
13.按照权利要求11所述的速度计算设备，其中在所述时间差速度小于所述下限阈值 的情况下，输出处理部分把速度设定为0。
14.按照权利要求1所述的速度计算设备，还包括第二速度检测部分，被配置成利用预定速度检测方法，检测可移动物体的速度，作为第 二速度；和输出处理部分，被配置成在所述时间差速度高于预定上限阈值的情况下，输出所述第 二速度，代替所述时间差速度。
15.按照权利要求14所述的速度计算设备，还包括上限阈值设定部分，所述上限阈值 设定部分被配置成按照所述安装距离来设定所述上限阈值。
16.一种速度计算方法，包括下述步骤使得水平角速度检测部分检测水平轴角速度，所述水平角速度检测部分被布置在安装 于沿移动平面移动的可移动物体的主体部分，所述水平轴角速度是与移动平面的倾斜角相 应地产生的、绕与可移动物体的行进方向垂直的水平轴的角速度；使得布置在所述主体部分的垂直加速度检测部分检测垂直加速度，所述垂直加速度是 与移动平面的形状相应地产生的沿垂直方向的加速度；使得预定的时间差计算部分计算由移动平面的预定位置引起的、出现在水平轴角速度 中的特征分量和出现在垂直加速度中的特征分量之间的时间差；以及使得预定的速度计算部分根据安装距离和所述时间差之间的比值，计算代表沿可移动 物体的行进方向的速度的时间差速度，所述安装距离是从在整个可移动物体中水平角速度 被视为作用到的位置到所述主体部分的安装位置的距离。
17.一种导航设备，包括水平角速度检测部分，被布置在安装于沿移动平面移动的可移动物体的主体部分，并 被配置成检测水平轴角速度，所述水平轴角速度是与移动平面的倾斜角相应地产生的、绕 与可移动物体的行进方向垂直的水平轴的角速度；垂直加速度检测部分，被布置在所述主体部分，并被配置成检测垂直加速度，所述垂直 加速度是与移动平面的形状相应地产生的沿垂直方向的加速度；时间差计算部分，被配置成计算由移动平面的预定位置引起的、出现在水平轴角速度中的特征分量和出现在垂直加速度中的特征分量之间的时间差；速度计算部分，被配置成根据安装距离和所述时间差之间的比值，计算代表可移动物 体的行进方向的速度的时间差速度，所述安装距离是从在整个可移动物体中水平角速度被 视为作用到的位置到所述主体部分的安装位置的距离；垂直角速度检测部分，被配置成计算绕与可移动物体的行进方向垂直的垂直轴的角速度；角度计算部分，被配置成根据绕垂直轴的角速度，计算可移动物体的转动角度；以及 位置计算部分，被配置成根据由速度计算部分计算出的沿行进方向的速度和由角度计 算部分计算出的角度，计算可移动物体的位置。
18. 一种带导航功能的移动电话机，包括水平角速度检测部分，被布置在安装于沿移动平面移动的可移动物体的主体部分，并 被配置成检测水平轴角速度，所述水平轴角速度是与移动平面的倾斜角相应地产生的、绕 与可移动物体的行进方向垂直的水平轴的角速度；垂直加速度检测部分，被布置在所述主体部分，并被配置成检测垂直加速度，所述垂直 加速度是与移动平面的形状相应地产生的沿垂直方向的加速度；时间差计算部分，被配置成计算由移动平面的预定位置引起的、出现在水平轴角速度 中的特征分量和出现在垂直加速度中的特征分量之间的时间差；速度计算部分，被配置成根据安装距离和所述时间差之间的比值，计算代表可移动物 体的行进方向上的速度的时间差速度，所述安装距离是从在整个可移动物体中水平角速度 被视为作用到的位置到所述主体部分的安装位置的距离；垂直角速度检测部分，被配置成计算绕与可移动物体的行进方向垂直的垂直轴的角速度；角度计算部分，被配置成根据绕垂直轴的角速度，计算可移动物体的转动角度； 位置计算部分，被配置成根据由速度计算部分计算出的行进方向上的速度和由角度计 算部分计算出的角度，计算可移动物体的位置；以及移动电话部分，被配置成通过与预定基站的无线电通信，执行通话处理。
全文摘要
本发明涉及速度计算设备、速度计算方法、导航设备和带导航功能的移动电话机。提供一种速度计算设备，包括布置在安装于沿移动平面移动的可移动物体上的主体部分上，检测水平轴角速度的水平角速度检测部分，水平轴角速度是按照移动平面的倾斜角产生的，绕与可移动物体的行进方向垂直的水平轴的角速度；布置在主体部分上，检测垂直加速度的垂直加速度检测部分，垂直加速度是按照移动平面的形状产生的垂直方向的加速度；计算由移动平面的位置引起的，出现在水平轴角速度和垂直加速度中的特征分量间的时间差的时间差计算部分；和根据安装距离和时间差之间的比值，计算代表可移动物体的行进方向的速度的时间差速度的速度计算部分，安装距离是在整个可移动物体中，估计水平角速度作用于的位置到主体部分的安装位置的距离。
文档编号G01P9/00GK102087299SQ201010559240
公开日2011年6月8日 申请日期2010年11月25日 优先权日2009年12月3日
发明者大久保仁 申请人:索尼公司