JP2514254B2

JP2514254B2 - 車両用方位計

Info

Publication number: JP2514254B2
Application number: JP1206971A
Authority: JP
Inventors: 憲治 ▲高▼野; 裕史上野
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1989-08-11
Filing date: 1989-08-11
Publication date: 1996-07-10
Anticipated expiration: 2011-07-10
Also published as: JPH0372213A; US5172322A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は、地磁気方位センサの出力値で示される座標
へ該センサの出力円中心座標から向かう方向を車両の方
位として検出する車両用方位計に関し、更に詳しくは、
地磁気方位センサの出力方位円の中心値を補正して正確
な車両方位を検出する車両用方位計に関する。

（従来の技術）従来、地磁気方位センサを使用して車両の方位を検出
する装置としては、例えば特開昭59−100812号に開示さ
れているものがある。この開示されている方位センサ
は、一対の巻線が水平姿勢で直交して設けられ、これら
の巻線から鎖交地磁気に応じて地磁気成分検出電圧が得
られるようになっている。この方位センサは均一な地磁
気中において車両が周回走行すると、巻線の検出電圧で
示される座標により座標上で円が描かれる。ここで、車
両が着磁すると、円が移動するため、車両の走行方位に
誤差が生ずることになる。

そこで、このような場合には、車両を周回走行し、こ
の間に地磁気方位センサの出力値をサンプリングし、車
両が１周旋回して地磁気方位センサの出力円がその座標
系のＸ軸およびＹ軸と交差する４点の出力が得られた時
に、そのサンプリング出力値を平均して移動した出力円
の中心値を求めて、走行方位の検出誤差を補正してい
る。

また、車両の着磁を検地する方法としては、例えば特
開昭59−210317号に開示されているものがある。これは
地磁気絶対値が基準値を越えたことで、方位系の誤動作
を検出するようになっている。

（発明が解決しようとする課題）上述した従来の車両用方位計においては、地磁気方位
センサの出力が異常であることを検出すると、補正のた
めの一周旋回を行うように車両の乗員に警告を発生して
補正を行うため、センサ出力の異常の度に一周旋回して
補正操作を行う必要があるとともに、このような補正走
行は不可能な場合が多く、走行距離が長くなればなるほ
ど、位置検出誤差が多くなる。また、補正操作を行った
としても、補正操作により算出された中心値をそのまま
車両の方位計算の中心値としていたため、正確な車両方
位を得ることができないことが頻繁に発生するという問
題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的と
するところは、地磁気方位センサの出力方位円の中心値
を適確に補正して正確な車両方位を検出することができ
る車両用方位計を提供することにある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）上記目的を達成するため、本発明の車両用方位計は、
第１図に示すように、車両の走行中に、地磁気の方位を
互いに直交する２方向成分の地磁気データとして検出す
る地磁気方位センサ１と、前記検出された地磁気データ
を記憶するデータ記憶手段５と、該データ記憶手段に記
憶されている地磁気データから前記地磁気センサの出力
方位円中心値を予測する出力円中心値予測手段７と、こ
の予測された中心値を記憶する予測中心値記憶手段９
と、現在の車両の走行方位を計算している現中心値から
離れた位置に記憶予測中心値が出現し始めてからの記憶
予測中心値群を用いて第１の仮中心値を演算する第１の
仮中心値演算手段11と、現中心値を算出した記憶予測中
心群および最新の記憶予測中心値を用いて第２の仮中心
値を演算する第２の仮中心値演算手段13と、前記第１お
よび第２の仮中心値の重みを記憶予測中心値が安定した
時点で演算する重み演算手段15と、現中心値と仮中心値
との間の距離を演算する距離演算手段17と、前記重みお
よび距離から地磁気データを用いて車両方位を計算する
ために使用する中心値を決定する中心値決定手段19とを
備え、中心値決定手段19により決定した中心値を現中心
値として更新することを特徴とする。

（作用）本発明による車両用方位計であれば、車両の走行中に
地磁気方位センサ１により検出された地磁気データをデ
ータ記憶手段５に記憶し、データ記憶手段５の記憶内容
に基いて出力円中心値予測手段９により地磁気方位セン
サ１の出力方位円中心値を予測し、この予測された中心
値を予測値記憶手段９に記憶することができる。

そして、第１の仮中心値演算手段11は、現在の車両の
走行方位を計算している現中心値から離れた位置に記憶
した予測中心値が出現し始めてからの中心値群を用いて
第１の仮中心値を演算により求める。この第１の仮中心
値は記憶に予測中心値から方位円の中心値が大きく移動
したことを知らしめる。

また、第２の仮中心値演算手段13は、現中心値を算出
した記憶予測中心値群および最新の記憶予測中心値を用
いて第２の仮中心値を求める。この第２の仮中心値は、
現在の方位用の中心値の近傍で更に精度の高い中心値を
知らしめる。

こうして求めた第１および第２の仮中心値の重みを記
憶予測中心値が安定した時点で重み演算手段15により演
算する一方、駆動演算出17により現中心値と仮中心値と
の間の距離を演算し、この各演算結果を基に中心値決定
手段19により地磁気データを用いて車両の走行方位を計
算するための中心値を決定するので、決定した中心値を
原中心値として更新することができる。

（実施例）以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。

第２図は本発明の一実施例に関わる車両用方位計の構
成を示すブロック図である。同図に示す車両用方位計
は、地磁気の方位を互いに直交する２方向成分の地磁気
データとして検出する地磁気方位センサ21と、該センサ
の出力をディジタル信号に変換する出力処理回路23と、
車両の方位変化を検知するレートジャイロで構成され、
車両の旋回角速度Ωを出力するジャイロセンサ25と、該
ジャイロセンサ25の出力を積分して車両の相対角変化量
である方位変化量を算出するジャイロ信号処理回路27
と、以下、マイクロコンピュータにより計算される前記
出力処理回路23およびジャイロ信号処理回路27の出力か
ら出力方位円中心値を予測する出力円中心値予測部29
と、予測された中心値を基に更に精度の高い中心値を求
める新中心値演算部31と、この求められた中心点および
出力処理回路23でディジタル変換された地磁気方位セン
サ21の出力から車両方位を求める方位検出部33とから構
成されている。

前記地磁気方位センサ21は、第３図に示すように、環
状のパーマロイコア60に互いに直交する巻線70X,70Yが
巻回されている。

また、そのパーマロイコア60には巻線80が巻回されて
おり、この巻線80は第４図に示すようにパーマロイコア
60が飽和する直前まで励磁電源90によって通電されてい
る。

この地磁気方位センサ21が無磁界内におかれると、パ
ーマロイコア60の部位S₁および部位S₂を各々通る磁束φ
_１およびφ_２は第５図のように大きさが同じで方向が反
対となる。

従って、巻線70Xに鎖交する磁束が零となると、その
検出電圧Vxは−Ｎ・ｄφ/dt（Ｎは巻数）も零となり、
同様に巻線70Yの検出電圧Vyも零となる。

更に、この地磁気方位線鎖21は第３図のように地磁気
Heが巻線70Xに対して直角に加わると、パーマロイコア6
0内において磁束密度Be＝μHe（μはパーマロイコア60
の透磁率）だけ磁束にバイアスが与えられ、磁束φ₁,φ
_２は第６図のように非対称になる。

従って、巻線70Xには第７図に示される波形の検出電
圧Vxが与えられる。

また、巻線70Yに対して地磁気Heが平行であるので、
その巻線70Yに地磁気Heが交わることはなく、このため
この巻線70Yには電圧Vyが生ずることはない。

この地磁気方位センサ21は第８図に示すように水平姿
勢で車両に搭載された場合、例えば同図のように地磁気
Heがその巻線70X,70Yには地磁気Heに応じた検出電相Vx,
Vy（出力値）が各々得られる。

検出電圧Vx,Vyは値Ｋを巻線定数、値Ｂを値磁気Heの
水平分力とすれば、次の第（１）式および第（２）式で
示される。

Xx＝−KBcosθ 第（１）式 Vy＝−KBsinθ 第（２）式、従って、第８図のように車両の幅方向を基準とすれ
ば、その走行方向を示す角度θは θ＝tan^-1（Vx/Vy）第（３）式で示される。

そして、前記第（１）式および第（２）式から理解さ
れるように、均一な地磁気He中で車両が周回されると、
巻線70X,70Yの検出電圧Vx,Vyで示される座標により第９
図のようにＸ−Ｙ平面座標上で円（地磁気方位センサ21
の出力円）が描かれ、その出力円は次式で示される。

Vx²＋Vy²＝（KB）^２第（４）式このように巻線70X,70Yの検出電圧Vx,Vyで定まる座標
が出力円上に存在するので、その座標点（出力点）へ出
力円の中心０から向かう方向が車両の走行方位として検
出される。

ここで、車体が着磁して、例えば第10図のように地磁
気Heとともにその着磁による磁界Ｇが巻線70X,70Yに鎖
交すると、第11図のように破線位置から実線位置へ出力
円が移動する。

このため、本実施例の車両用方位計では、第12図のフ
ローチャートに示す処理によって出力方位円の中心値を
補正し、常に正確な車両方位を検出しようとするもので
ある。

次に、第12図に示すフローチャートを参照して作用を
説明する。

まず、出力円中心値予測回路29は、出力処理回路23を
介して地磁気方位センサ21から供給される地磁気データ
およびジャイロ信号処理回路27から供給される方位変化
量から出力方位円の予測中心値を算出する（ステップ30
0）。これは、例えば実願昭63−8328号、実願昭63−415
79号に記載されているような相対角度変化法、最小２乗
法等を用いて計算される。この計算は成功するまで行わ
れる（ステップ310）。計算が成功すると、この計算さ
れた予測中心値は仮中心Ａ算出用のデータメモリである
メモリAAおよび仮中心Ｂ算出用のデータメモリであるメ
モリBBに記憶される（ステップ320）。以上の処理は出
力円中心値予測回路29によって行われる。

上述したように計算された予測中心値がメモリAAおよ
びBBに記憶されると、以下新中心値演算部31の作用によ
り、まずメモリAAに記憶されている予測中心値の数が１
個であるか否かがチェックされる（ステップ320）。１
個の場合には、ステップ300に戻って同じ動作を繰り返
す。

また、メモリAAに記憶されている予測中心値の数が２
個以上の場合には、ステップ350に進んで、メモリAAに
記憶されているｎ個の予測中心値Xi,Yiを用いて次式に
より中心座標値Xa,Ybを算出する。

Xa＝（ΣXi）/n Ya＝（ΣYi）/n それから、仮中心Ａの重みを次式により算出する（ス
テップ360）。

σａ＝〔［｛Σ（Xi−Xa）^２＋（Yi −Ya）^２｝/n］^1/2〕＊100/R 重み＝1/σ^２次に、メモリBBに記憶されているｍ個の予測中心値を
用いて仮中心Ｂの中心値を前記ステップ350と同じ計算
によって算出する（ステップ370）。それから、前記ス
テップ360と同様に、仮中心Ｂの重みを算出する（ステ
ップ380）。

なお、メモリAAおよびBBには同じ予測中心値が記憶さ
れるが、メモリAAに記憶される予測中心値は後述するよ
うにステップ440,490でクリアされるのに対して、メモ
リBBに記憶される予測中心値はステップ420でメモリAA
の内容が転送されるようになっており、両者はどこまで
過去のデータをもっていけるかが違うものである。記憶
される予測中心値のデータの数はｎ≦ｍである。

また、以下の説明からもわかるように、仮中心Ａは車
体着磁等により方位円が大きくずれたことを認知するた
めのものであり、また仮中心Ｂは車体着磁等がない場合
に過去からの予測中心点を用いて精度の高い中心値を求
めるためのものである。仮中心Ａは車体着磁等がない場
合には仮中心Ｂの座標点とほぼ同じ座標点であり、この
場合には後述するように仮中心Ａは仮中心算出用メモリ
AAとともにクリアされる。また、方位円がずれた場合に
は早急に仮中心Ａが示す座標点に中心値を移動するよう
になっている。更に、車体着磁があった場合には、その
時の仮中心Ａの内容を仮中心Ｂとするようになってい
る。

上述したように計算した仮中心Ａの重みと現在の中心
点の重みとを比較し（ステップ390）、仮中心Ａの重み
が大きい場合は、車体が着磁したり、外部磁界の影響等
により中心値が多きく移動した場合であり、ステップ40
0以降に進み、中心値補正処理を高速に行う。すなわ
ち、ステップ400では、まず、現在方位計算に使用して
いる中心値を捨てて、仮中心Ａを方位計算用の中心値、
仮中心Ａの重みを方位計算用中心の重みとし、それから
メモリBBの内容を消去し（ステップ410）、メモリAAの
内容をメモリBBに転送する（ステップ420）。更に、仮
中心Ａの内容を消去し（ステップ430）、またメモリAA
の内容も消去し（ステップ440）、ステップ300にもど
る。

また、前記ステップ390で仮中心Ａの重みが現在の中
心点の重みより小さい場合には、ステップ450に進み、
仮中心Ａの中心点と現在の中心点との間の距離を次式に
より算出する。

距離＝｛（Xa−Ｘ）^２＋（Ya−Ｙ）^２｝^1/2 それから、この計算した距離を係数Ｋと比較し、距離
が係数Ｋより小さい場合、すなわち中心値の移動が少な
い場合には、ステップ470に進み、中心値の精度向上を
図る。すなわち、ステップ470では、現在の中心値を捨
てて、仮中心Ｂの中心値を方位計算用中心値とし、仮中
心Ｂの重みを方位計算用中心値の重みとする。それから
の仮中心Ａの内容を消去し（ステップ480）、更にメモ
リAAの内容を消去し（ステップ190）、ステップ300に戻
る。このステップ460〜490の処理は通常の処理として行
われ、方位計算用中心値の精度向上の目的で行われる。

更に、前記ステップ460において、距離が係数Ｋより
大きい場合には、何もしないで、ステップ300に戻る。
この場合には、方位計算用中心値の移動は行われず、元
のままである。すなわち、このステップ460で距離の方
が大きい場合は、中心値が移動したが、しばらくの間は
仮中心Ａの重みが現在の中心点の重みよりも小さい場合
であり、この状態からしばらくすると、仮中心Ａの重み
が大きくなり、ステップ390からステップ400に進む。

また、中心値が移動していないが、予測中心値が不正
確になった場合は、仮中心Ａの座標のばたつきが発生し
て中心間距離が大きくなるが、予測中心値が安定すれ
ば、中心間距離も小さくなり、ステップ460からステッ
プ470に進むことになる。すなわち、中心値移動と予測
中心値のばたつきの区別がつかないため、ステップ460
でどちらの現象であるか見極めているのである。

なお、前記ステップ390で、仮中心Ａの重みが現在の
中心点の重みよりも大きい場合は、方位円の中心値が移
動した場合であり、これは車体が着磁した場合に限ら
ず、例えばサンルーフの開閉サンバイザの開閉、ルーフ
キャリアおよびキャリア上に磁性体を搭載した場合、地
域および周辺環境等の種々の影響によるものである。

第13図は本発明の他の実施例に係わる車両用方位計の
構成を示すブロック図である。同図に示す車両用方位計
は、前述した第２図に示す車両用方位計において比較係
数演算部35を追加するとともに、前記新中心値演算部31
を該比較係数演算部35に合わせた新中心値演算部37に変
更した点が異なるのみである。比較係数演算部35は予測
中心値と、現在の方位を計算している現中心との距離
と、現中心値の標準偏差より求められる中心値区間推定
値とから比較係数を求めるものであり、新中心値演算部
37は現中心と仮中心Ａとの重み差と前記比較係数とを比
較し、この比較結果から方位計算に用いる新しい中心値
を現中心、仮中心Ａおよび仮中心Ｂの中から決定するも
のである。

次に、第14図に示すフローチャートを参照して作用を
説明する。同図に示すフローは、前述した第12図のフロ
ーにおいてステップ290をフローの初頭に新たに追加
し、前記ステップ310と320との間にステップ315を追加
し、更に前記ステップ390の代わりにステップ385および
392を設けたものであり、その他の処理は第12図の処理
と同じである。従って、本説明では、異なる点について
のみ説明する。

まず、フローの初頭に追加されたステップ290では、
比較係数の初期値が設定される。それから、予測中心値
が算出された後（ステップ300,310）、ステップ315にお
いて比較係数Ｃが算出される。

この比較係数Ｃの算出処理は、第15図に示すフローに
従って行われる。すなわち、第15図に示す最初のステッ
プ500では、現中心の標準偏差から中心位置の区間推定
値Ｆを次式により算出する。

区間推定値Ｆ＝1.96x標準偏差それから、最新の予測中心値と現中心値との間の距離
Ｌを次式から求める（ステップ510）。

Xd＝Xp（予測中心値）−XC（現中心値） Yd＝Yp（予測中心値）−Yc（現中心値）距離Ｌ＝（Xd²＋Yd²）^1/2 上述したように、区間推定値Ｆおよび距離Ｌが算出さ
れると、両者を比較し、中心値移動可能性を判断する
（ステップ520）。

すなわち、距離Ｌが大きい場合には、中心値移動可能
性が大きいと判断して、ステップ530に進み、比較係数
を１減算する。それから、比較係数が規定数１より小さ
くならないように補正するために、比較係数が規定数１
以下であるか否かチェックし（ステップ540）、比較係
数が規定数１以下の場合には、比較係数を規定数１に設
定する（ステップ550）。

また、区間推定値Ｆが大きい場合には、中心値移動可
能性は少ないと判断して、ステップ560に進み、比較係
数を１増加させる。それから、比較係数が規定数２より
大きくならないように補正するために、比較係数が規定
数２以上であるか否かチェックする（ステップ570）。
規定数２以上の場合には、比較係数を規定数２に設定す
る（ステップ580）。

更に、区間推定値Ｆおよび距離Ｌが同じ場合には、何
もせずに比較係数演算を終了し、第14図のステップ320
に進む。

以下、前述したように、ステップ320〜380を経て、予
測中心値をメモリAAおよびBBに記憶し、更に仮中心Ａの
中心値および重み、および仮中心Ｂの中心値および重み
を計算した後、ステップ385において仮中心Ａの重みと
現在の中心の重みの差を次式により計算する。

重み差Ｗ＝仮中心Ａの重み−現中心の重みそれから、この計算した重み差Ｗと前記比較係数Ｃと
を比較する（ステップ392）。そして、比較係数Ｃが重
み差Ｗより小さい場合には、ステップ400に進み、前述
したステップ400〜440が行われる。

また、ステップ392の比較において、比較係数Ｃが重
み差Ｗ以上の場合には、ステップ450以降に進み、前述
と同じ処理が行われる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、現在の中心点
以外に第１の仮中心および第２の仮中心を設定し、第１
の仮中心の重みが現在の中心点の重みより小さいかある
いは大きいかに応じ、第１の仮中心と現在の中心点の距
離を参照して第２の仮中心を中心点と決定し、又は第１
の仮中心を中心点と決定して現在の中心点を更新し、更
に中心点の移動が少くなって安定した時点で重み演算を
行うので、車両走行中、特別な補正操作を行なくても、
常にその場の最適な中心値を得ることができるととも
に、中心値精度の良い方に中心を移動するため、走行す
ればするほど、中心値精度が向上する。また、車体の着
磁等により中心値が移動しても、そのまま走行を継続す
ることにより走行中に自動的に中心値を補正することが
できる。更に、信頼区間により現在の中心値の精度がわ
かるため、地磁気方位センサの出力により計算された方
位の精度が常にわかる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のクレーム対応図、第２図は本発明の一
実施例に係わる車両用方位計の構成を示すブロック図、
第３図は地磁気方位センサの構成説明図、第４図は地磁
気方位センサの励磁特性説明図、第５図は無磁界中にお
ける地磁気方位センサのパーマロイコアにおける磁束変
化を示す図、第６図は地磁気作用の検出作用説明図、第
７図は地磁気方位センサの検出作用説明図、第８図は車
両走行方位の説明図、第９図は出力円の説明図、第10図
は地磁気方位センサに地磁気以外の磁界が加わった状態
を示す説明図、第11図は車体着磁による出力円の移動を
示す説明図、第12図は第２図に示す車両用方位計の作用
を示すフローチャート、第13図は本発明の他の実施例に
係わる車両用方位計の構成を示すブロック図、第14図は
第13図に示す車両用方位計の作用を示すフローチャー
ト、第15図は第14図におけるステップ315の比較係数の
算出処理の作用を示すフローチャートである。１……地磁気方位センサ５……データ部記憶手段７……出力円中心値予測手段９……予測中心値記憶手段 11……第１の仮中心値演算手段 13……第２の仮中心値演算手段 15……重み演算手段 17……距離演算手段 19……中心値決定手段 21……地磁気方位センサ 23……出力処理回路 25……ジャイロセンサ 27……ジャイロ信号処理回路 29……出力円中心値予測部 31……新中心値演算部 33……方位検出部

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】車両の走行中に、地磁気の方位を互いに直
交する２方位成分の地磁気データとして検出する地磁気
方位センサと、前記検出された地磁気データを記憶するデータ記憶手段
と、該データ記憶手段に記憶されている地磁気データから前
記地磁気方位センサの出力方位円中心値を予測する出力
円中心値予測記憶手段と、この予測された中心値を記憶する予測中心値記憶手段
と、現在の車両の走行方位を計算している現中心値から離れ
た位置に記憶予測中心値が出現し始めてからの記憶予測
中心値群を用いて第１の仮中心値を演算する第１の仮中
心値演算手段と、現中心値を算出した記憶予測中心値群および最新の記憶
予測中心値を用いて第２の仮中心値を演算する第２の仮
中心値演算手段と、前記第１および第２の仮中心値の重みを記憶予測中心値
の移動が少くなって安定した時点で演算する重み演算手
段と、現中心値と仮中心値との間の距離を演算する距離演算手
段と、前記重みおよび距離を基に車両の走行方位を計算するた
めに使用する中心値を決定する中心値決定手段とを備
え、前記中心値決定手段により決定した中心値を現中心値と
して更新することを特徴とする車両用方位計。
【請求項２】前記中心値決定手段は、第１の仮中心値の
重みが現中心値の重みより小さい場合に、第１の仮中心
値と現中心値との距離が所定の係数より小さければ第２
の仮中心値を中心値として決定し、第１の仮中心値の重
みが現中心値の重みより大きい場合に、第１の仮中心値
を中心値として決定することを特徴とする請求項１記載
の車両用方位計。