JP2006234581A - 電子コンパス及び方位測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】着磁により電子コンパスが誤った方位を表示しても、車両の旋回を利用して誤差の少ない進行方位を表示する。
【解決手段】直交配置された２つの磁気検出部１１、１１’と、移動体の進行方位を算出する方位演算手段３２と、磁界の正常・異常を判定する磁界判定手段３１と、磁界判定手段３１が異常と判定したとき、該移動体の旋回によって２軸成分データが描く方位円の中心を校正する校正手段３３と、を有し、校正手段３３は、少なくとも３つの２軸成分データから方位円の中心を算出する中心演算手段３３１と、所定数の２軸成分データから最小２乗法を用いて方位円を算出する最小２乗法演算手段３３２と、を備え、方位演算手段３２は、磁界判定手段３１が正常と判定したとき、２軸成分データから算出した進行方位を出力し、磁界判定手段３１が異常と判定したとき、校正手段３３で校正された該方位円の中心を用いて進行方位θを算出して出力する。
【選択図】図３

Description

本発明は、磁気センサを用いた移動体の電子コンパス及び方位測定方法に関し、特に、移動体の着磁等による外乱磁場に伴い生じる方位測定誤差を補正する電子コンパス及び方位測定方法に関するものである。

先ず、従来の磁気センサを用いた方位測定原理を図１を用いて説明する。従来の地磁気方位検出器は、励磁コイルＬ₀が巻回されたリング状のパーマロイコア５１に対して互いに直交する２つのコイルＬ_X、Ｌ_Yが巻回されている。励磁コイルＬ₀には、励磁電源５２により、パーマロイコア５１が磁気飽和するような交流電流が供給される。この励磁により、コイルＬ_X（Ｌ_Yでも同じ）において、図中、コア５１が交わる上側の箇所で磁束Φ₁が鎖交し、そして、下側の箇所において磁束Φ₂が鎖交するが、両磁束の大きさは等しく、向きが互いに逆のため、コイルＬ_X全体に対して鎖交する全磁束は０であり、コイルＬ_Xの出力Ｘ、Ｌ_Yの出力Ｙは、それぞれＸ＝０、Ｙ＝０となる。

ここで、図示したように、横方向の水平磁界Ｈeが作用する時、この磁界Ｈeがパーマロイコア５１中を図中、右方向に向かう一定の磁束Φ₀がバイアスとして与えられ、コイルＬ_xの上側での鎖交磁束数は、（Φ₀＋Φ₁）となり、コイルＬ_xの下側での鎖交磁束数は、（Φ₀−Φ₂）となる。これにより、コイルＬ_xにおける全鎖交磁束数は０でなくなり、Ｘはある値を持つ。一方、前記磁束Φ₀はコイルＬ_yと交差しないため、Ｙは０である。次に、地磁気Ｈe’で示されるように、コイルＬ_Xに対してΨの角度をなす時、この地磁気Ｈe’により、コイルＬ_X、Ｌ_Yに作用する地磁気の２軸成分Ｈ_0X、Ｈ_0Yは、

となり、この地磁気の２軸成分に対応してＸ、Ｙがある値を持つようになる。そのときの出力（Ｘ、Ｙ）は、数式１でわかるように、Ψが変化すると（つまり地磁気方位検出器を搭載した移動体が旋回すると）、図２で示した横軸をＸ、縦軸をＹとする座標上で原点Ｏ（０、０）を中心とする円を描く。この円を方位円という。このとき原点Ｏ（０、０）と座標（Ｘ、Ｙ）を結ぶ直線とＹ軸とのなす角をθとすると、

で与えられる。

移動体自体の磁化（以後、着磁という）による影響がない場合、移動体の１周旋回時の出力信号X、Yの軌跡は、上記のように、図２に示す実線のように原点Ｏ（０、０）を中心とした円となるので、X、Yが求まれば、上式からθが算出でき、移動体の進行方位θが得られる。

移動体が例えば電車の踏切を横断すると、移動体が着磁し、方位円が例えば矢印方向に偏移して点線のようにＯ_A（Ｘ_A、Ｙ_A）を中心とする円となる。このように大きく偏移した方位円上に得られる出力信号、すなわち地磁気ベクトルを直交する２軸成分データとして検出した出力信号（Ｘi、Ｙi）に基づいて移動体の進行方位を求めると、方位測定誤差が大きくなり、突然でたらめな方位が表示される。

このような着磁による方位誤差を低減するために、従来の磁気センサを用いた移動体の電子コンパスは、２つの２軸成分データ点を結ぶ線分の垂直二等分線を算出し、算出された垂直二等分線の傾きによって複数個のセクターに分類し、全セクターに一定個数以上のデータが格納されると各セクターの代表値を算出し、各セクターの代表値からの距離の自乗和が最小となるポイントを算出して方位円の中心とするものである（例えば、特許文献１参照）。

この方法は、全てのセクターに一定個数以上のデータを格納する必要があり、さらに自乗和が最小となるポイントを算出して方位円の中心を求めるため、方位測定誤差の少ない方位を表示するまで長時間を要する。

また、地磁気方位検出器による所定数の２軸成分データに基づき最小２乗法を用いて方位円として楕円を決定するパラメータを求め、決定された楕円上に位置する２軸成分データを真円上のデータに補正変換して方位円の中心を求めるものもある（例えば、特許文献２参照）。

この方法も、方位円の中心を求めるためには、所定数のデータが集まるまで待つ必要があり、方位測定誤差の少ない方位を表示するまで長時間を要する。
特開平６−５８７５８号公報 特開平９−６８４３１号公報

従来の磁気センサを用いた電子コンパスは、着磁した場合、上記のように方位測定誤差の少ない方位を表示するまで長時間を要するため、誤差の大きな（あるいは、でたらめな）方位が長時間表示されることになる。通常ドライバーは、着磁に気づかないため、でたらめな方位の長時間の表示はドライバーに不安感を与える。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、でたらめな方位の表示によるドライバーの不安感を低減する電子コンパス及び方位測定方法を提供することを課題とする。

課題を解決するためになされた請求項1に係る発明は、電子コンパスであって、移動体の進行方位θと共に変化する地磁気ベクトルの２軸成分を直交する２軸成分データ（Ｘ₁、Ｙ₁）、（Ｘ₂、Ｙ₂）、・・・（Ｘ_i、Ｙ_i）として検出する直交配置された２つの磁気検出部をもつ地磁気方位検出器と、該２軸成分データ（Ｘ_i、Ｙ_i）から該移動体の進行方位θを算出する方位演算手段と、磁界の正常・異常を判定する磁界判定手段と、該磁界判定手段が異常と判定したとき、該移動体の旋回によって該２軸成分データ（Ｘ_i、Ｙ_i）が描く方位円の中心を校正する校正手段と、を有し、該校正手段は、少なくとも３つの該２軸成分データ（Ｘ_i、Ｙ_i）から該方位円の中心を算出する中心演算手段と、所定数の該２軸成分データ（Ｘ_i、Ｙ_i）から最小２乗法を用いて該方位円を算出する最小２乗法演算手段と、を備え、該方位演算手段は、該磁界判定手段が正常と判定したとき、該２軸成分データ（Ｘ_i、Ｙ_i）から算出した該進行方位θを出力し、該磁界判定手段が異常と判定したとき、該校正手段で校正された該方位円の中心を用いて順次該進行方位θを算出して出力することを特徴としている。

磁界判定手段で異常と判定され、方位円の中心を校正する必要があるときのみ、中心演算手段で少なくとも３つの２軸成分データ（Ｘ_i、Ｙ_i）から方位円の中心を算出し、その中心を方位円の暫定中心として方位演算手段で方位を求めるので、短時間に比較的誤差の少ない方位を表示することができる。その後、最小２乗法演算手段で所定数の２軸成分データから方位円の中心を求め、方位演算手段で方位を求めるので、最終的には高精度の方位を表示することができる。したがって、着磁によるでたらめな方位の表示がなくなり、ドライバーの不安を解消することができる。

また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の電子コンパスであって、前記磁界判定手段は、前記２軸成分データ（Ｘ_i、Ｙ_i）から求まる前記磁気ベクトルの大きさ或いは及び前記方位演算手段で算出される前記進行方位θの時間変化を所定閾値と比較して磁界の正常・異常を判定することを特徴としている。

磁気ベクトルの大きさも進行方位θの時間変化も２軸成分データ（Ｘ_i、Ｙ_i）から求まるので、新たな構成要素を必要としない。磁気ベクトルの大きさ、或いは進行方位θの時間変化で磁界の異常・正常を判定しても良いし、両方で判定しても良い。両方で判定した方が判定精度が高くなる。

また、請求項３に係る発明は、請求項１或いは２に記載の電子コンパスであって、前記中心演算手段は、前記２軸成分データ（Ｘ_i、Ｙ_i）から少なくとも二組の異なる２軸成分データ間の距離の垂直２等分線を少なくとも２本求め、該少なくとも２本の垂直２等分線の交点を算出することを特徴としている。

３つの２軸成分データ点を結ぶ２つの弦のそれぞれの垂直２等分線の交点を求め、それを方位円の暫定中心とするので着磁によるでたらめな方位の表示を短時間に解消することができる。

また、請求項４に係る発明は、請求項１或いは２に記載の電子コンパスであって、前記中心演算手段は、前記２軸成分データ（Ｘ_i、Ｙ_i）から３つのデータを結ぶ３角形を求め、該３角形の最も長い辺の長さ及び該最も長い辺に対向する頂角で規定される垂線を該最も長い辺の該辺を２等分する位置から引いて、該垂線の端点を算出することを特徴としている。

３つのデータを結ぶ３角形を求め、３角形の最も長い辺の該辺を２等分する位置から延びる垂線の端点を算出し、それを方位円の暫定中心とするので着磁によるでたらめな方位の表示を短時間に解消することができる。

また、請求項５に係る発明は、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の電子コンパスであって、さらに、前記校正手段は前記中心演算手段で算出された交点或いは端点と前記最小２乗法演算手段で算出された方位円の中心点との平均を算出する平均演算手段を有することを特徴としている。

中心演算手段で算出された交点或いは端点と最小２乗法演算手段で算出された方位円の中心点との平均値を求め、その平均値を方位円の中心にして方位演算手段で方位を求めるので、最終的にはより高精度の方位を表示することができる。

また、請求項６に係る発明は、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の電子コンパスであって、前記磁気検出部は、マグネトインピーダンス磁気センサであることを特徴としている。

マグネトインピーダンス磁気センサは、超小型であり、地磁気方位検出器を小型化することができる。したがって、地磁気方位検出器を車両のルームミラーのミラー枠や取り付け台の中に配設することができる。これにより、車両のルーフやボディー構造物など磁気センサに悪影響を与えやすい透磁率の高い鋼材から遠ざけて配設することが可能となり、より高精度の電子コンパスを実現することができる。

課題を解決するためになされた請求項７に係る発明は、方位測定方法であって、移動体の進行方位θと共に変化する地磁気ベクトルの２軸成分を直交する２軸成分データ（Ｘ₁、Ｙ₁）、（Ｘ₂、Ｙ₂）、・・・（Ｘ_i、Ｙ_i）として検出する２軸成分データ検出ステップと、該２軸成分データ検出ステップで検出された該２軸成分データ（Ｘ_i、Ｙ_i）から該移動体の該進行方位θを算出する方位演算ステップと、磁界の正常・異常を判定する磁界判定ステップと、該磁界判定ステップが異常と判定したとき、該移動体の旋回によって該２軸成分データ（Ｘ_i、Ｙ_i）が描く方位円の中心を校正する校正ステップと、を有し、該校正ステップは、少なくとも３つの該２軸成分データ（Ｘ_i、Ｙ_i）から該方位円の中心を算出する中心演算ステップと、所定数の該２軸成分データ（Ｘ_i、Ｙ_i）から最小２乗法を用いて該移動体の旋回時の方位円を算出する最小２乗法演算ステップと、を備え、該方位演算ステップは、該磁界判定ステップが正常と判定したとき、該２軸成分データ（Ｘ_i、Ｙ_i）から算出された該移動体の進行方位θを出力し、該磁界判定ステップが異常と判定したとき、該校正ステップで校正された該方位円の中心を用いて順次該進行方位θを算出して出力することを特徴としている。

また、請求項８に係る発明は、請求項７に記載の方位測定方法であって、前記磁界判定ステップは、前記２軸成分データ（Ｘ_i、Ｙ_i）から求まる前記磁気ベクトルの大きさ或いは及び前記方位演算ステップで算出される前記進行方位θの時間変化を所定閾値と比較して磁界の正常・異常を判定することを特徴としている。

また、請求項９に係る発明は、請求項７或いは８に記載の方位測定方法であって、前記中心演算ステップは、前記２軸成分データ（Ｘ_i、Ｙ_i）から少なくとも二組の異なる２軸成分データ間の距離の垂直２等分線を少なくとも２本求め、該少なくとも２本の垂直２等分線の交点を算出することを特徴としている。

また、請求項１０に係る発明は、請求項７或いは８に記載の方位測定方法であって、前記中心演算ステップは、前記２軸成分データ（Ｘ_i、Ｙ_i）から３つのデータを結ぶ３角形を求め、該３角形の頂角及び最も長い辺の長さで規定される垂線を該最も長い辺の該辺を２等分する位置から引いて、該垂線の端点を算出することを特徴としている。

また、請求項１１に係る発明は、請求項７ないし１０のいずれか１項に記載の方位測定方法であって、さらに、前記校正ステップは前記中心演算ステップで算出された交点又は端点と前記最小２乗法演算ステップで算出された方位円の中心点との平均を算出する平均演算ステップを有することを特徴としている。

着磁により電子コンパスが誤った方位を表示しても、車両が旋回するのを利用して中心演算手段により直ちに方位円の中心を校正でき、さらに、長期的には最小２乗法演算手段により、より高精度の校正ができる。したがって、車両のドライバーに不安を抱かせることなく、快適なドライビングを続行させることができる。

また、中心演算手段で算出された方位円の中心位置と最小２乗法演算手段で算出された方位円の中心位置とを平均した値を方位円の中心とするので、さらに高精度な校正ができる。

本発明の電子コンパスを実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。

（実施形態１）
本実施形態の電子コンパスは、 図３に示すように、感度軸が直交配設され、地磁気ベクトルのＸ成分とＹ成分を直交する２軸成分データ（Ｘ₁、Ｙ₁）、（Ｘ₂、Ｙ₂）、・・・（Ｘi、Ｙi）として検出する２つの磁気検出部１１、１１’をもつ地磁気方位検出器１と、磁気検出部１１、１１’の出力を所定の頻度でデジタル信号に変換するＡＤ変換器２と、デジタル信号を受けてソフトウエアにより移動体の方位を演算するマイクロコンピュータ３と、演算された方位を表示する表示手段４を備えている。

地磁気方位検出器１として、パーマロイコアに直交して巻回された２つのコイルを磁気検出部１１、１１’とする従来の検出器（図１参照）を用いてもよいが、マグネトインピーダンス磁気センサを磁気検出部１１、１１’とする磁気検出器を用いることが好ましい。マグネトインピーダンス磁気センサ（以後、「ＭＩセンサ」という）は、例えば、直径２０μｍ、長さ１ｍｍのアモルファス（ＦｅＣｏＳｉＢ）ワイヤと、このワイヤに巻回された検出コイルとからなり、磁界の強さに比例したアナログ電圧を出力する、超小型・高感度の磁気センサである。したがって、地磁気方位検出器１を、図４に示すように、２つのＭＩセンサを互いに直角に配設し（１１、１１’とし）、駆動回路１２と共に、縦約３．５ｍｍ、横約３．５ｍｍのＩＣ用パッケージに封入したものとすることができる。移動体が自動車の場合、地磁気方位検出器１が３．５ｍｍ□と超小型であるので、例えば図５に示すように、ウインドシールド６に取り付けられたルームミラー７の取り付け台部に配設することができる。

ＡＤ変換器２としては、分解能が１４ビット程度のものを用いるとよい。これにより、移動体の方位測定分解能を満たすことができると共に、移動体の磁化による地磁気方位検出器１の周辺の磁界が地磁気より大きくなっても信号が飽和することがない。

マイクロコンピュータ３は、磁界の正常・異常を判定する磁界判定Ａ手段３１と、移動体の進行方位θを算出する方位演算手段３２と、磁界判定Ａ手段３１が異常と判定したとき、方位円の中心を校正する校正手段３３と、を有している。また、校正手段３３は、中心演算Ａ手段３３１と、最小２乗法演算手段３３２と、を備えている。なお、磁界判定Ａ手段３１、方位演算手段３２、及び校正手段３３は、ソフトウエアにより構成されている。

磁界判定Ａ手段３１は、２軸成分データ（Ｘ_i、Ｙ_i）から求まる磁気ベクトルの大きさを所定閾値と比較して磁界の正常・異常を判定するものである。

中心演算Ａ手段３３１は、２軸成分データ（Ｘi、Ｙi）から二組の異なる２軸成分データ間の距離の垂直２等分線を２本求め、２本の垂直２等分線の交点を算出して、それを中心とするものであるが、２軸成分データ（Ｘi、Ｙi）から三組以上の異なる２軸成分データ間の距離の垂直２等分線を３本以上求め、各交点を平均するようにするとよい。交点の精度が上がり、方位測定精度が高くなる。

２つの磁気検出部１１、１１’からの２軸成分データ（Ｘi、Ｙi）は、ＡＤ変換器２を介してマイクロコンピュータ３に入力される。マイクロコンピュータ３の磁界判定Ａ手段３１は、２軸成分データ（Ｘi、Ｙi）の絶対値（Ｘi²＋Ｙi²）^1/2 とＨa±Ｈsとの大小関係を判別する。ここでＨaは、日本本州の地磁気水平成分の絶対値であり、Ｈa＝３００ｍＧｓ（＝３０μＴ）である。また、ＨsはＨaの１／１０〜２／１０の範囲に設定され、例えばＨs＝５０ｍＧｓ（＝５μＴ）である。なお、このＨa及びＨsは電子コンパスが使用される地域に応じて変化させることが望ましい。また、Ｈsは、例えば＋Ｈs、−Ｈs’というように、正側と負側で閾値が異なる値にしてもよい。

磁界判定Ａ手段３１の動作を図１１のフローチャートを使って説明する。ステップＳ１１で２軸成分データ（Ｘi、Ｙi）の取得を行い、ステップＳ１２で（Ｘi²＋Ｙi²）^1/2を演算し、Ｈa±Ｈsとの大小関係を比較し、（Ｘi²＋Ｙi²）^1/2＞Ｈa＋Ｈs又は（Ｘi²＋Ｙi²）^1/2＜Ｈa−ＨsのときＹ（異常）と判定し、Ｈa−Ｈs≦（Ｘi²＋Ｙi²）^1/2≦Ｈa＋ＨsのときＮ（正常）と判定する。異常と判定されると、ステップＳ１３に進み、ステップＳ１３で所定時間経過が判定され、ステップＳ１４で再度磁界異常判定を行う。このステップＳ１４でも異常と判定されると、校正手段３３へ進む。

ステップＳ１２及びステップＳ１４で正常と判定されると、方位演算手段３２へ進む。方位演算手段３２は、磁界が正常と判定されると、前記数２に基づいてθが算出され、表示手段４によって車両のドライバーに方位が示される。

前記のように、ステップＳ１４でも異常と判定されると、校正手段３３へ進み、校正が次のように行われる。たとえば、移動体が図７に示すように、Ｚａゾーンの北進状態から９０°の旋回をして、Ｚｃゾーンの東進状態になる場合、２軸成分データ点（Ｘi、Ｙi）の方位円上の分布は、図８のようになる。すなわち、曲線路に進入する前の直進路のＺａゾーン及び曲線路を抜け出した後のＺｃゾーンでは、僅かな車両の蛇行を含む直進走行のため、データ点がほぼ同じ進行方向を表す位置に多く集まり、旋回ゾーンＺｂでは、データ点の間隔が大きくなる。また、車両はローリングやピッチングにより磁気検出部１１、１１’を含む電子回路のノイズも存在するため、理想的な方位円Ｇの上に必ずしも乗らずその周辺に分布する。中心演算Ａ手段３３１は、車両が旋回することで得られる３つのデータ点（Ｘ₁，Ｙ₁）、（Ｘ₂，Ｙ₂）、（Ｘ₃，Ｙ₃）から得られる２つの弦ａ₁、ａ₂それぞれに対する垂直２等分線ｌ₁，ｌ₂の交点（Ｘ_p，Ｙ_p）を、方位円の中心位置として算出する。算出された方位円の中心位置（Ｘ_p，Ｙ_p）は、図３に示すように、方位演算手段３２で 使われ、

に基づいて、θが算出され、表示手段４によって車両のドライバーに方位が示される。

中心演算Ａ手段３３１の動作の機能は図１２のフローチャートによるソフトウエアで行われる。このフローチャートは磁界判定Ａ手段３１が異常と判定したとき起動する。ステップＳ２１でデータ点（Ｘi、Ｙi）を取得し、ステップＳ２２でそのデータを順次ストアする。次にステップＳ２３で互いに所定距離以上離れたデータ点を３つ取り出す。ここで、所定距離以上離れたデータ点とは、たとえば、２つのデータ点（Ｘ_i，Ｙ_i）、（Ｘ_j，Ｙ_j）の距離[(Ｘ_i−Ｘ_j）²＋（Ｙ_i−Ｙ_j）²]^1/2が所定値Ｌ以上離隔するデータ点のことである。ここで、所定値Ｌとは、前記方位円の半径を１とするとき、例えば、０．５のことである。ステップＳ２３で所定値Ｌ以上離隔するデータ点を取り出すと、ステップＳ２４では、互いのデータ点を結ぶ２つの弦の垂直２等分線の交点（Ｘ_p，Ｙ_p）を算出し、その結果をステップＳ２５で方位演算手段３２に渡す。

この垂直２等分線によって方位円の中心を求める方法は、車両が旋回するときのデータ点が３つあれば直ちに方位円の中心が求まり、暫定的に方位をドライバーに知らせることができるのが特徴である。しかし、実際は前述のように、各データ点は必ずしも理想的な方位円の上に乗らないこともあるので、地磁気方位検出器１の時々刻々のデータを用いるこの方法は誤差が重畳し易いが、車両が磁化され、突然でたらめな方位を表示してしまうような状況から素早く回復させることができるので、ドライバーを不安から守るためには、十分有用で即応的な校正手段である。特に、車両用の電子コンパスには、通常８方位あるいは１６方位程度の表示分解能が要求されることが多いので、十分な性能と言うことができる。

次に、図８に示したように、旋回が終了するとその前後のＺａゾーンとＺｃゾーンでは、多くのデータ点が得られるので、最小２乗法演算手段３３２は所定数のデータ点を使って十分精度の高い方位円を推定し、その中心位置を十分な精度で求めることができる。

最小２乗法演算手段３３２の機能は、図１３のフローチャートによるソフトウエアで行われる。このフローチャートは、磁界判定Ａ手段３１が異常と判定したとき、中心演算Ａ手段３３１と同時に起動する。ステップＳ３１でデータ点を取得し、ステップＳ３２でそのデータ点を順次ストアする。次に、ステップＳ３３において、所定数のデータ点を取りだし、ステップＳ３４において、最小２乗法演算により方位円を推定し、この方位円の中心位置（Ｘ_p’、Ｙ_p’）を算出する。なお、ここで、データ点を取り出す所定数とは、４０のことである。ここで求められた中心位置（Ｘ_p’、Ｙ_p’）は、ステップＳ３５で方位演算手段３２へ渡される。前記図８において、ＺaゾーンおよびＺcゾーンの各データ間の離隔の度合いがＺbゾーンの各データ間の離隔の度合いに比べて小さく、数多くのデータ点がデータ群として集まる。そこで、ＺaゾーンおよびＺcゾーンそれぞれのデータ群を予め平均化してそれぞれ一点のデータに置き換えてから、Ｚa、Ｚb、Ｚc各ゾーンのデータを使って最小二乗法演算を行うことが好ましい。曲線の各部分のデータ点の密度を均等に振り分けることで、より正確な近似が可能になる。

この最小２乗法演算手段３３２による中心位置（Ｘ_p’、Ｙ_p’）の演算は、所定のデータ点数が集まるまである程度の時間が必要であり、中心演算Ａ手段３３１よりも遅れて完了する。方位演算手段３２は、図３に示すように、最小２乗法演算手段３３２から中心位置（Ｘ_p’，Ｙ_p’）データが渡されると、これを新たな方位円の中心位置として入れ替え、その後の方位θを算出し、表示手段４で精度の高い方位をドライバーに知らせる。

図６に示すように、校正手段３３’が、中心演算Ａ手段３３１で求められた方位円の中心位置（Ｘ_p、Ｙ_p）と、最小２乗法演算手段３３２で求められた方位円の中心位置（Ｘ_p’、Ｙ_p’）の平均を演算する平均演算手段３３３をさらに有するようにするとよい。

磁界判定Ａ手段３１が異常と判定すると、図６に示すように、はじめ中心演算Ａ手段３３１の演算結果である方位円の中心位置（Ｘ_p、Ｙ_p）が方位演算手段３２へ出力され、その後、所定のデータ点が集まり、最小２乗法演算手段３３２で方位円の中心位置（Ｘ_p’、Ｙ_p’）の演算が完了すると、前記（Ｘ_p、Ｙ_p）と（Ｘ_p’、Ｙ_p’）の平均（（１−α）Ｘ_p＋αＸ_p’、（１−α）Ｙ_p＋αＹ_p’）が方位演算手段３２へ出力され、この値が新たな方位円の中心位置として方位演算に使われる。ここで、αは加重平均の重みであり、０≦α≦１の値が可能であり、本実施形態では、例えば、α＝０．５である。

平均演算手段３３３の機能は、図１４に示すフローチャートによるソフトウエアで行われる。すなわち、ステップＳ４１において、中心演算Ａ手段３３１で求められた方位円の中心位置（Ｘ_p、Ｙ_p）を取得し、ステップＳ４２において最小２乗法演算手段３３２で求められた方位円の中心位置（Ｘ_p’、Ｙ_p’）を取得し、ステップＳ４３においてこれら両者の平均値演算を行い、この結果（（１−α）Ｘ_p＋αＸ_p’、（１−α）Ｙ_p＋αＹ_p’）を新たな方位円の中心位置（Ｘ_p’’、Ｙ_p’’）として、ステップＳ４４において方位演算手段３２へ渡す。

方位演算手段３２は、図６に示すように、平均演算手段３３３から中心位置（Ｘ_p’’，Ｙ_p’’）データが渡されると、これを新たな方位円の中心位置として入れ替え、その後の方位θを算出し、表示手段４でより精度の高い方位をドライバーに知らせる。

（実施形態２）
本実施形態の電子コンパスは、図９に示すように実施形態１とマイクロコンピュータが異なるだけである。すなわち、本実施形態のマイクロコンピュータ３”は、移動体の進行方位θを算出する方位演算手段３２と、方位演算手段３２から方位θを入力して磁界の正常・異常を判定する磁界判定Ｂ手段３１’と、磁界判定Ｂ手段３１’が異常と判定したとき、方位円の中心を校正する校正手段３３”と、を有している。また、校正手段３３”は、中心演算Ｂ手段３３１’と、最小２乗法演算手段３３２と、を備えている。なお、磁界判定Ｂ手段３１’、方位演算手段３２、及び校正手段３３”は、ソフトウエアにより構成されている。なお、実施形態１と同じ要素には同じ符号を付し、説明を省略する。

磁界判定Ｂ手段３１’は、方位演算手段３２からの方位θを時間微分して角速度δθ／δｔを演算して所定の角速度ｋと大きさを比較する。所定の角速度ｋは、車両が旋回することによって発生しうる角速度よりも大きな角速度であって、例えば、ｋ＝９０°／ｓｅｃである。

磁界判定Ｂ手段３１’の動作を図１５のフローチャートを使って説明する。ステップＳ５１で方位データθを取得し、ステップＳ５２でそのデータを順次ストアする。次にステップＳ５３でδθ／δｔを演算し、ｋと大きさを比較し、δθ／δｔ＜ｋのときＮ（正常）と判定し、δθ／δｔ≧ｋのときＹ（異常）と判定する。ステップＳ５３で異常と判定されると、校正手段３３”へ進み、正常と判定されると、方位演算手段３２に方位演算結果を表示手段４に出力するように指示する。

前記したように、ステップＳ５３で異常と判定されると、校正手段３３”へ進むが、校正は次のように行われる。図１０に示すように、実施形態１における中心演算Ａ手段３３１が２本の垂直２等分線の交点を求めるのに対して、本実施形態の中心演算Ｂ手段３３１’は、３つのデータ点（Ｘ₁，Ｙ₁）、（Ｘ₂，Ｙ₂）、（Ｘ₃，Ｙ₃）を結んでできる３角形の辺の中間点から次式で表される垂線ｌを求め、その端点（Ｘｐ、Ｙｐ）を方位円の中心位置として算出する。

数４は、次のよう導出される。図１０に示すように、辺（Ｘ₁，Ｙ₁）（Ｘ₂，Ｙ₂）の長さをａ、辺（Ｘ₂，Ｙ₂）（Ｘ₃，Ｙ₃）の長さをｂ、辺（Ｘ₃，Ｙ₃）（Ｘ₁，Ｙ₁）の長さをｃ、∠（Ｘ₁，Ｙ₁）（Ｘ₂，Ｙ₂）（Ｘ₃，Ｙ₃）をφとすると、余弦法則により、

の関係がある。一方、円Ｇに内接する３角形の２点（Ｘ₁，Ｙ₁），（Ｘ₃，Ｙ₃）と円Ｇの中心Ｏ_pからなる３角形の外角は、２φであるから、内角は、２（π−φ）となる。中心Ｏ_pから辺ｃに下ろした垂線ｌを辺とする２つの３角形の２つの頂角は、（π−φ）であるから、
ｔａｎ（π−φ）＝（ｃ／２）／ｌ
の関係が成り立ち、これから数４が導かれる。

中心演算Ｂ手段３３１’で算出された方位円の中心位置（Ｘ_p，Ｙ_p）は、図９に示すように、方位演算手段３２で 使われ、数３に基づいて、θが算出され、表示手段４によって車両のドライバーに方位が示される。

中心演算Ｂ手段３３１’の動作の機能は、図１６のフローチャートによるソフトウエアで行われる。このフローチャートは磁界判定Ｂ手段３１’が異常と判定したとき起動する。ステップＳ６１でデータ点（Ｘi、Ｙi）を取得し、ステップＳ６２でそのデータを順次ストアする。次にステップＳ６３で異なるデータ点を３つ取り出し、ステップＳ６４では、３つのデータ点を結ぶ３角形の辺の長さａ，ｂ，ｃ求め，頂角φを数５に基づいて演算する．次にステップＳ６５で，長さｃの辺の中間点から数４で表される垂線ｌを引いてその端点（Ｘ_p，Ｙ_p）を算出し、その結果をステップＳ６６で方位演算手段３２に渡す。

この３角形の長さｃの辺の中間点から垂線を引いて方位円の中心を求める方法でも、車両が旋回するときのデータ点が３つあれば直ちに方位円の中心が求まり、暫定的に方位をドライバーに知らせることができる。

電子コンパスの原理図を示した図である。 外乱磁場により方位円が偏移する様子を示した図である。 本発明の実施形態１における電子コンパスのブロック図である。 ＭＩセンサを用いた地磁気方位検出器の概略構成図である。 ＭＩセンサを用いた地磁気方位検出器を自動車のルームミラーに取り付ける様子を示す図である。 実施形態１の変形態様における電子コンパスの要部ブロック図である。 実施形態１の電子コンパスを搭載した車両が北進状態から東進状態に旋回する状況を示す図である。 図７に示す旋回に基づく２軸成分データ点から垂直２等分線及び最小２乗法による方位円の求め方を説明するための図である。 本発明の実施形態２における電子コンパスのブロック図である。 図７に示す旋回に基づく２軸成分データ点から３つのデータ点を結ぶ３角形を求め、最も長い辺のその辺を２等分する位置から引いた垂線の端点を求める方法を説明するための図である。 実施形態１の電子コンパスにおける磁界判定Ａ手段のフローチャートである。 実施形態１の電子コンパスにおける中心演算Ａ手段のフローチャートである。 実施形態１の電子コンパスにおける最小２乗法演算手段のフローチャートである。 実施形態１の変形態様における電子コンパスの平均演算手段のフローチャートである。 実施形態２の電子コンパスにおける磁界判定Ｂ手段のフローチャートである。 実施形態２の電子コンパスにおける中心演算Ｂ手段のフローチャートである。

符号の説明

１・・・・・・・・・・・・地磁気方位検出器
１１，１１’・・・・・・・磁気検出部（マグネトインピーダンス磁気センサ）
３１、３１’・・・・・・・磁界判定手段（Ａ、Ｂ）
３２・・・・・・・・・・・方位演算手段
３３、３３’、３３”・・・校正手段
３３１、３３１’・・・・・中心演算手段（Ａ、Ｂ）
３３２・・・・・・・・・・最小２乗法演算手段
３３３・・・・・・・・・・平均演算手段

Claims (11)

1. 移動体の進行方位θと共に変化する地磁気ベクトルの２軸成分を直交する２軸成分データ（Ｘ₁、Ｙ₁）、（Ｘ₂、Ｙ₂）、・・・（Ｘ_i、Ｙ_i）として検出する直交配置された２つの磁気検出部をもつ地磁気方位検出器と、
   該２軸成分データ（Ｘ_i、Ｙ_i）から該移動体の進行方位θを算出する方位演算手段と、
   磁界の正常・異常を判定する磁界判定手段と、
   該磁界判定手段が異常と判定したとき、該移動体の旋回によって該２軸成分データ（Ｘ_i、Ｙ_i）が描く方位円の中心を校正する校正手段と、を有し、
   該校正手段は、少なくとも３つの該２軸成分データ（Ｘ_i、Ｙ_i）から該方位円の中心を算出する中心演算手段と、
   所定数の該２軸成分データ（Ｘ_i、Ｙ_i）から最小２乗法を用いて該方位円を算出する最小２乗法演算手段と、
   を備え、
   該方位演算手段は、該磁界判定手段が正常と判定したとき、該２軸成分データ（Ｘ_i、Ｙ_i）から算出した該進行方位θを出力し、該磁界判定手段が異常と判定したとき、該校正手段で校正された該方位円の中心を用いて順次該進行方位θを算出して出力することを特徴とする電子コンパス。
2. 前記磁界判定手段は、前記２軸成分データ（Ｘ_i、Ｙ_i）から求まる前記磁気ベクトルの大きさ或いは及び前記方位演算手段で算出される前記進行方位θの時間変化を所定閾値と比較して磁界の正常・異常を判定することを特徴とする請求項１に記載の電子コンパス。
3. 前記中心演算手段は、前記２軸成分データ（Ｘ_i、Ｙ_i）から少なくとも二組の異なる２軸成分データ間の距離の垂直２等分線を少なくとも２本求め、該少なくとも２本の垂直２等分線の交点を算出することを特徴とする請求項１或いは２に記載の電子コンパス。
4. 前記中心演算手段は、前記２軸成分データ（Ｘ_i、Ｙ_i）から３つのデータを結ぶ３角形を求め、該３角形の最も長い辺の長さ及び該最も長い辺に対向する頂角で規定される垂線を該最も長い辺の該辺を２等分する位置から引いて、該垂線の端点を算出することを特徴とする請求項１或いは２に記載の電子コンパス。
5. さらに、前記校正手段は前記中心演算手段で算出された交点或いは端点と前記最小２乗法演算手段で算出された方位円の中心点との平均を算出する平均演算手段を備えることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の電子コンパス。
6. 前記磁気検出部は、マグネトインピーダンス磁気センサであることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の電子コンパス。
7. 移動体の進行方位θと共に変化する地磁気ベクトルの２軸成分を直交する２軸成分データ（Ｘ₁、Ｙ₁）、（Ｘ₂、Ｙ₂）、・・・（Ｘ_i、Ｙ_i）として検出する２軸成分データ検出ステップと、
   該２軸成分データ検出ステップで検出された該２軸成分データ（Ｘ_i、Ｙ_i）から該移動体の該進行方位θを算出する方位演算ステップと、
   磁界の正常・異常を判定する磁界判定ステップと、
   該磁界判定ステップが異常と判定したとき、該移動体の旋回によって該２軸成分データ（Ｘ_i、Ｙ_i）が描く方位円の中心を校正する校正ステップと、
   を有し、
   該校正ステップは、少なくとも３つの該２軸成分データ（Ｘ_i、Ｙ_i）から該方位円の中心を算出する中心演算ステップと、
   所定数の該２軸成分データ（Ｘ_i、Ｙ_i）から最小２乗法を用いて該移動体の１周旋回時の方位円を算出する最小２乗法演算ステップと、
   を備え、
   該方位演算ステップは、該磁界判定ステップが正常と判定したとき、該２軸成分データ（Ｘ_i、Ｙ_i）から算出された該移動体の進行方位θを出力し、該磁界判定ステップが異常と判定したとき、該校正ステップで校正された該方位円の中心を用いて順次該進行方位θを算出して出力することを特徴とする方位測定方法。
8. 前記磁界判定ステップは、前記２軸成分データ（Ｘ_i、Ｙ_i）から求まる前記磁気ベクトルの大きさ或いは及び前記方位演算ステップで算出される前記進行方位θの時間変化を所定閾値と比較して磁界の正常・異常を判定することを特徴とする請求項７に記載の方位測定方法。
9. 前記中心演算ステップは、前記２軸成分データ（Ｘ_i、Ｙ_i）から少なくとも二組の異なる２軸成分データ間の距離の垂直２等分線を少なくとも２本求め、該少なくとも２本の垂直２等分線の交点を算出することを特徴とする請求項７或いは８に記載の方位測定方法。
10. 前記中心演算ステップは、前記２軸成分データ（Ｘ_i、Ｙ_i）から３つのデータを結ぶ３角形を求め、該３角形の頂角及び最も長い辺の長さで規定される垂線を該最も長い辺の該辺を２等分する位置から引いて、該垂線の端点を算出することを特徴とする請求項７或いは８に記載の方位測定方法。
11. さらに、前記校正ステップは前記中心演算ステップで算出された交点又は端点と前記最小２乗法演算ステップで算出された方位円の中心点との平均を算出する平均演算ステップを有することを特徴とする請求項７ないし１０のいずれか１項に記載の方位測定方法。

Images