JPH0373804A - 車両用方位計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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置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、そのような場合には、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、車両の着磁を検知する方法としては、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り、ナビゲーションシステムの
不能状態をしばしば生じさせていた。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、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センサ１と
、車両の相対角変位を検出する車両方位変化量検出手段
３と、前記検出された地磁気データおよび相対角変化量
を記憶するデータ記憶手段５と、該データ記憶手段に記
憶させている地磁気データおよび車両電装品スイッチの
信号に基づいて前記地磁気方位センナの出力円の中心値
の移動の可能性を判断する中心値移動可能性判断手段１
６と、該中心値移動可能性判断手段による出力円の中心
値の移動の可能性に基づいて中心値を決定する場合の距
離係数を設定する距離係数設定手段１８と、前記データ
記憶手段に記憶されている地磁気データおよび相対角変
化量から前記地磁気センサの出力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つと、現在の車両方位を計算し
ている現中心値から離れた位置に記憶中心値が出現し始
めてからの中心値群を用いて第１の仮中心値を演算する
第１の仮中心演算手段１１と、現中心値を算出した記憶
中心値群および最新の記憶中心値を用いて第２の仮中心
値を演算する第２の仮中心演算手段１３と、前記第１お
よび第２の仮中心値の重みを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、距離および距離係数から地磁
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とを有することを要
旨とする。

（作用） 本発明の車両用方位計では、走行中に収集した地磁気方
位センサの出力から中心値を予測して記憶し、記憶した
予測中心値から、中心値が大きく移動したかを検知する
第１の仮中心値および現在の方位円の中心値の近傍で更
に中心値精度を向上させるための第２の仮中心値を設定
するとともに、前記第１および第２の仮中心値の重みお
よび距離を計算し、地磁気データ等により地磁気方位セ
ンナの出力円中心値の移動可能性に基づいて距離係数を
設定し、前記重み、距離および距離係数に基づいて、中
心値が大きく移動したと判断した場合、第１の仮中心値
を新しい中心値に設定して走行中に高速で中心値補正を
行うとともに、中心値移動がない場合には、走行中に得
られる予測中心値を使用して算出される第２の仮中心値
を新しい中心値に設定して中心値精度を向上し、中心値
の移動の有無に関わらず中心値を常に精度の良い方に移
動し、走行すればするほど、中心値精度を向上すること
ができる。

（実施例） 以下、図面を用いて本発明の詳細な説明する。

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で処理される前記
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
２つと、車両電装品スイッチ２８と、前記出力処理回路
２３からの地磁気データから判断される着磁の可能性お
よび前記車両電装品スイッチ（サンルーフの開閉、サン
バイザの開閉等）２８に基づいて地磁気方位センサ２１
の出力円中心値の移動可能性を判断する出力円中心値移
動可能性検出回路３０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φ１およびφ２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ＶＷは−Ｎ−ｄφ／ｄｔ（Ｎは巻数）も零とな
り、同様に巻線７０Ｙの検出量電圧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６０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φ日、φ２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
検出電圧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を地磁気Ｈ
ｅの水平分力とすれば、次の（首）式および第（２）式
で示される。

Ｘｘ−−ＫＢｃｏｓθ　　　　　　第（盲）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　’　　（Ｖｘ　／　ｘｙ　）　　　　第（
３）式％式％ 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（７）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。

Ｖｘ　２＋Ｖｙ　２＝　（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Ｏ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、７
０Ｙ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から算出する（ス
テップ３００）。これは、例えば、実願昭６３−８３２
８号、実願昭６３−４１５７９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部２つによって行われる
。

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エツクされる（ステップ３２
０）。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Ａ
Ａに記憶されているｎ個の予測中心値Ｘｉ、Ｙｌ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−（ΣＹ１）／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
）２１　／ｎｌ’−２）＊１００／Ｒ 重み一１／σａ２ 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７１１１１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
過去からの予想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
の重みとを比較しくステップ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
により中心値が大きく移動した場合であり、ステップ４
００以降に進み、中心値浦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ＩＣ，シ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の内容を消去しくステップ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の内容を消去しくステップ４
３０）、またメモリＡＡの内容も消去しくステップ４４
０）、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４４５に進み
、前記出力円中心値移動可能性検出回路３０から距離係
数Ｋを読み込む。

この出力円中心値移動可能性検出部３０における距離係
数にの算出について第１２図に示す処理フローを参照し
て説明する。

第１２図に示す処理は１秒毎の割り込みにより動作し、
ます着磁の可能性があるか否かを判断する（ステップ６
００）。この着磁の可能性の判断は、例えば特願昭６２
−２０３１６７に記載されている着磁検出処理により行
われるものと同じであり、その説明は省略する。なお、
本実施例では、この機能により着磁を判断するのではな
く、着磁の可能性があると判断するだけである。

ステップ６００の処理により着磁の可能性がない場合に
は、ステップ６０５に進み、前記車両電装品スイッチ２
８がオンか否かをチエツクする。

車両電装品スイッチ２８がオンの場合には、ピーク値Ｐ
Ａを８００（電装品に応じて変えても良い）に仮設定し
てステップ６２０に進み、このステップに示す距離係数
にの式にピーク値ＰＡ−８００を代入して、距離係数Ｋ
を算出する。そして、この算出した距離係数Ｋをバッフ
ァメモリに記憶しくステップ６３０）、処理を終了する
。

また、ステップ６０５のチエツクにおいて、車両電装品
スイッチ２８がオンでない場合には、距離係数Ｋを５０
に設定しくステップ６１０）、この距離係数に−５０を
バッファメモリに記憶しくステップ６３０）、処理を終
了する。

更に、ステップ６００のチエツクにおいて、着磁の可能
性があり、出力円の移動の可能性があると判断された場
合には、ステップ６２０に進み、ピーク値ＰＡに応じて
距離係数Ｋを算出し、この算出した距離係数Ｋをバッフ
ァメモリに記憶しくステップ６３０）、処理を終了する
。

以上のように距離係数Ｋが算出され、バッファメモリに
記憶されると、この距離係数にはステップ４４５で読み
込まれ、ステップ４５０に進む。

ステップ４５０では、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）　２１１　−２ それから、この計算した距離を前記距離係数にと比較し
、距離が距離係数により小さい場合、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の内容を消去しくステップ４
８０）、更にメモリＡＡの内容を消去しくステップ４９
０）、ステップ３００に戻る。このステップ４６０〜４
９０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、距離が距離係数に
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４
００に進む場合である。更に具体的には、ステップ３９
０〜４６０の処理は中心が大きく移動した可能性がある
場合に行われ、移動か否かの判断がつくまで繰り返され
る。従って、着磁の可能性が大きいほどステップ４６０
からステップ３００に戻る場合が多くなる。

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４６
０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。

［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お
よび第２の仮中心値の重みおよび距離を計算し、地磁気
データ等により地磁気方位センサの出力円中心値の移動
可能性に基づいて距離係数を設定し、前記重み、距離お
よび距離係数に基づいて、その時点の最も精度の高い中
心値を採用するようにしているので、車両走行中、特別
な補正操作を行わなくても、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、車体の着磁や車両電装品スイッチがオ
ンされたこと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。また、車体の着磁の可能性や車両電
装品スイッチのオンの検知等を距離係数に反映させ、こ
れらにより中心値が大きく移動する場合にも、高速に正
しい中心値を得ることができる。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ミ第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図は第２図の車両
用方位計に使用される出力円中心値移動可能性検出回路
の作用を示すフローチャートである。 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 ２８・・・車両電装品スイッチ ２９・・・出力円中心値予測部 ３０・・・出力円中心値移動可能性検出部３１・・・新
中心値演算部 ３３・・・方位検出部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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センサと、車両の相対角変位を
   検出する車両方位変化量検出手段と、前記検出された地
   磁気データおよび相対角変化量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せている地磁気データ
   および車両電装品スイッチの信号に基づいて前記地磁気
   方位センサの出力円の中心値の移動の可能性を判断する
   中心値移動可能性判断手段と、該中心値移動可能性判断
   手段による出力円の中心値の移動の可能性に基づいて中
   心値を決定する場合の距離係数を設定する距離係数設定
   手段と、前記データ記憶手段に記憶されている地磁気デ
   ータおよび相対角変化量から前記地磁気センサの出力円
   中心値を予測する出力円中心値予測手段と、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
   両方位を計算している現中心値から離れた位置に記憶中
   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
   心値を演算する第１の仮中心演算手段と、現中心値を算
   出した記憶中心値群および最新の記憶中心値を用いて第
   ２の仮中心値を演算する第２の仮中心演算手段と、前記
   第１および第２の仮中心値の重みを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、距離および距離係数から地磁気
   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とを有することを特徴とす
   る車両用方位計。