JPH064258Y2 - 車両用方位計 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 《産業上の利用分野》 本考案は、地磁気センサにより得られた出力値で示され
る座標へ、該センサの出力円中心座標から向う方向に基
づいて車両の走行方位を検出する車両用方位計に関す
る。

《従来技術とその問題点》 車両に搭載した地磁気センサを用いて車両の走行方位を
検出する装置に関しては、自動車技術会刊の自動車技術
Vol.39,NO.5,1985.に示されたものが知られており、そ
の装置で使用される地磁気センサには一対の巻線が水平
面で直交するように設けられている。

そして、それら巻線では鎖交地磁気に応じた地磁気成分
検出電圧（出力値）が各々得られており、均一な地磁気
中で車両が周回走行されると、それら巻線の検出電圧で
示される座標により座標面上で円（地磁気センサの出力
円）が描かれる。

さらに、車両の通常走行中には両巻線の検出電圧で示さ
れる座標へ出力円中心の座標から向う方向が車両の走行
方位として求められ、その出力円の中心座標は無磁界中
において地磁気センサの両コイルにより得られた電圧で
与えられる。

しかし何らかの原因で車体が着磁すると、出力円が移動
し、出力円の中心座標が変わってしまうため、正確な走
行方位検出が不可能となる。

その場合には、第１９図（ａ）で示されるような軌跡Ｐ
の車両の周回走行が行なわれ、その間に地磁気センサの
両コイルにより得られた検出電圧を出力円の半径を基に
予め決められた初期抽出間隔定数ＤＥＬ８ＭＩＮにより
複数（この場合はＣ＝１〜１１）抽出し、それら抽出し
た検出電圧で示される座標が、円軌跡上に存在するとの
前提でその出力円の中心座標のオフセット量を求め、そ
のオフセット量に基づき出力円の中心座標の修正が行な
われていた。

しかしながら、いずれの場合でも初期抽出間隔定数ＤＥ
Ｌ８ＭＩＮを基に検出電圧を抽出するとその周回走行地
点の地磁気の強弱により、抽出される点数が変動してい
た。例えば、地図上の上側、すなわち北側になればなる
ほど、地磁気が弱くなるので、ある地点の周回走行によ
り、第１９図（ａ）に示すように、１１点の抽出がなさ
れたものが、北上して周回走行したときに同図（ｂ）に
示すように７点の抽出しかできない事態が生じていた。

その結果、従来においては、少ない抽出点における平均
化処理により中心座標を求めるため車両の周回走行によ
る補正にもかかわらず、車両走行方位の正確な検出が不
可能となるという問題が生じていた。

《考案の目的》 本考案は上記従来の問題点に鑑みてなされたものであ
り、その目的は、周回走行により所定数の抽出点を得る
ことができるようにして、正確に設定できる車両用方位
計を提供することにある。

《考案の構成》 上記目的を達成するために本考案に係る車両用方位計は
第１図のように構成されている。

同図において、地磁気センサＡでは地磁気の方位を水平
面上で直交２方向に分解するとともに、各方向の地磁気
成分により座標を示す電気信号として出力されている。

また間隔定数演算手段Ｂでは車両の周回走行中に地磁気
センサから出力された出力値のうち、各出力値で示され
る座標の位置関係が互いに所定距離間隔となる出力値を
抽出するための抽出間隔定数が、出力円の半径を基にし
た初期抽出間隔定数と、その地点の地磁気強度を記憶し
てある地磁気強度記憶手段Ｃからの地磁気強度により演
算される。

そして、抽出手段Ｄでは前記距離定数演算手段Ｂからの
抽出間隔定数により、複数の出力値が抽出される。

さらに、中心座標演算手段Ｅでは抽出された出力値の平
均化処理が行なわれ、出力円の中心座標が求められる。

《作用》 本考案では、周回走行により得られる出力値の平均値に
より出力円の中心座標位置が補正される。

《実施例の説明》 以下、図面に基づいて本考案に係る車両用方位計の好適
な実施例を説明する。

第２図には、本考案が適用されたシステムの構成が示さ
れており、このシステムでは車両の走行位置および走行
軌跡が地図上に表示されている。

それらの表示は、ＣＲＴなどで構成された同図の表示部
２０で行なわれており、車両の走行位置はＣＰＵ２２で
求められている。

ＣＰＵ２２では、車速センサ２４、地磁気センサ２６の
検出信号を用いた積算処理により基準位置に対する相対
的な車両の走行位置が求められており、基準位置はキー
ボードなどで構成されたキー入力部２８からＣＰＵ２２
に与えられている。

また、表示部２０で表示される地図のデータは、外部記
憶装置３０からデータ入力部３２を介して取込まれてお
り、外部記憶装置３０としてはコンパクトディスク装
置、ＲＯＭなどの記憶手段が用いられている。しかも、
この外部記憶装置３０には、地図の各地点における地磁
気強度Ｇの強さも記憶されている。

なお、ＣＰＵ２２の処理にはメモリ部３４のＲＯＭに記
憶された内容に従いそのＲＡＭを用いて行なわれてお
り、外部記憶装置３０からは車両の走行位置が含まれる
地図のデータがＣＰＵ２２に読込まれ、その地図が表示
部２０で表示されている。

また、本実施例の車速センサ２４は、第３図に示される
ように、スピードメータケーブル２４ａに設けられたマ
グネット２４ｂでリードスイッチ２４ｃをオンオフ駆動
することにより車速パルスが得られるようになってい
る。

さらに第４図には、地磁気センサ２６が示されており、
環状のパーマロイコア３６には互いに直交する巻線３８
Ｘ，３８Ｙが設けられている。

また、このパーマロイコア３６には、巻線４０が巻回さ
れており、さらにこの巻線４０には、第５図のようにパ
ーマロイコア３６の磁束が飽和する直前まで励磁電源４
２により通電されている。

以上の地磁気センサ２６が、無磁界中に置かれると、パ
ーマロイコア３６の部位Ｓ_１、部位Ｓ_２を各々通る磁束
Φ_１，Φ_２は第６図のように大きさが同じで方向が反対
となる。したがって、巻線３８Ｘに鎖交する磁束が零と
なるとその検出電圧 も零となり、同様に巻線３８Ｙの検出電圧Ｖｙも零とな
る。

ところで、この地磁気センサ２６へ第４図のように地磁
気Ｈｅが巻線３８Ｘに対し直角に加わると、パーマロイ
コア３６内において磁束密度Ｂｅ＝μＨｅ（μはパーマ
ロイコア３６の透磁率）だけ磁束にバイアスが与えら
れ、磁束Φ_１，Φ_２は第７図のように非対称となる。こ
のため、巻線３８Ｘには第８図に示される波形の検出電
圧Ｖｘが得られる。

また巻線３８Ｙに対しては、地磁気Ｈｅが平行であるの
で、その巻線３８Ｙに地磁気Ｈｅが交わることはなく、
このためこの巻線３８Ｙには電圧Ｖｙが生ずることはな
い。

なお、この地磁気センサ２６は、第９図のように水平姿
勢で車両に搭載されており、例えば同図のように地磁気
Ｈｅがその巻線３８Ｘ，３８Ｙに交わると、それら巻線
３８Ｘ，３８Ｙ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。

それら検出電圧Ｖｘ，Ｖｙは、値Ｋを巻線定数、値Ｂを
地磁気Ｈｅの水平分力とすれば、次の第（１）式及び第
（２）式で各々示される。

Ｖｘ＝ＫＢcosθ …第（１）式 Ｖｙ＝ＫＢsinθ …第（２）式 したがって、第９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（Ｖｙ／Ｖｘ）…第（３）式 で示される。

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中で車両が周回走行されると、巻
線３８Ｘ，３８Ｙの検出電圧Ｖｘ，Ｖｙで示される座標
により第１０図のようにＸ−Ｙ平面座標上で円（地磁気
センサ２６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３８Ｘ，３８Ｙの検出電圧Ｖｘ，Ｖｙで
定まる座標が、出力円上に存在する。

ＣＰＵ２２では、出力円の中心Ｏから座標点（出力点）
へ向う方向を車両の走行方位として検出する。

ここで、その車両の車体が何らかの原因で着磁した場
合、例えば第１１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３８Ｘ，３８Ｙに鎖交すると、第
１２図のように破線位置から実線位置へ出力円が移動
し、下記の第（５）式で示す角度ψの方位誤差を生じて
しまう。

ψ＝tan^-1Ｖｙ／Ｖｘ−tan^-1Ｖｙ −σＧsinα／Ｖｘ−σＧcosα …第（５）式 ただし、上式においてσは巻線に伝存する係数である。

その結果、ＣＰＵ２２で行なわれる車両の走行方位検出
に誤差が生じ、表示部２０における走行位置表示が地図
表示と不一致となる。

この場合には、第２図の補正スイッチ４４が操作され、
補正命令が補正制御部４６に与えられるとともに車両の
周回走行が行なわれる。

この補正制御部４６は、マイクロコンピュータを中心と
して構成されており、補正スイッチ４４から与えられた
補正命令に従って車両着磁に対する補正処理が行なわれ
る。

なお、補正制御部４６では、地磁気センサ２６の検出電
圧Ｖｘ，Ｖｙを用いて出力円の半径が監視されており、
車体着磁により第１２図のようにその半径が異常なもの
となったときにも上記の補正処理が自動的に行なわれ
る。

第１３図には、ＣＰＵ２２で行なわれる処理の手順が、
また第１４図〜第１７図には補正制御部４６で行なわれ
る補正処理の手順が各々フローチャートで示されてい
る。以下、これらのフローチャートを参照しながら説明
する。

まず第１３図において、最初のステップ１００で３は車
両出発地（ｘ_０，ｙ_０）がキー入力部２８を用いて設定
される。

次のステップ１１０では、出発地（ｘ_０，ｙ_０）を基準
位置とする車両走行位置（ｘ，ｙ）が次の第（６）式、
第（７）式による積算処理により求められる。

ｘ＝ｘ_０＋▲∫^T ₀▼Ｖ（ｔ）cosθ（ｔ）ｄｔ …第（６）式 ｙ＝ｙ_０＋▲∫^T ₀▼Ｖ（ｔ）sinθ（ｔ）ｄｔ …第（７）式 ただし上記の両式において、値Ｔは出発時からの経過時
間、値Ｖ（ｔ）は車速センサ２４の検出信号に基づいて
求められた時刻ｔにおける車速、値θ（ｔ）は地磁気セ
ンサ２６の検出電圧に基づいて求められた時刻ｔにおけ
る車両走行方位（第９図参照）を、各々示している。

このステップ１１０で車両の走行位置（ｘ，ｙ）が求め
られると、ステップ１２０では表示部２０に表示中の地
図内に車両の走行位置（ｘ，ｙ）が含まれているか否か
が判断され、ステップ１２０で現在表示中の地図内に車
両の走行位置（ｘ，ｙ）が含まれないと判断された場合
には、その走行位置（ｘ，ｙ）が含まれる地図データが
ステップ１３０で外部記憶装置３０から読み出される。

次にステップ１４０では、その地図上に車両の走行位置
（ｘ，ｙ）が表示され、また前記ステップ１２０で車両
の走行位置（ｘ，ｙ）が表示地図内に含まれていると判
断された場合にも表示が同様に行なわれる。

さらにステップ１５０では、補正制御部４６からの補正
モード信号を受信したか否かが判断され、受信していな
い場合にはステップ１１０へ戻って地図上にそのときの
車両の走行位置（ｘ，ｙ）が単に表示される。

また、補正モード信号を受信した場合にはステップ１６
０で補正モードの表示が行なわれる。

この補正モードの表示例が第１７図に示されており、同
図から理解されるように車両の周回走行を運転者に指示
する内容が表示部２０に表示される。

そしてステップ１７０では、出力円中心座標が補正制御
部４６により算出されたか否かが判断され、その中心座
標が算出されていない場合にはステップ１１０に戻り、
地図および車両走行位置（ｘ，ｙ）の表示とともにステ
ップ１６０の補正モード表示が行なわれる。

また出力円中心座標が補正制御部４６で算出されると、
その中心地座標はステップ１８０で取込まれ、次いでス
テップ１９０では補正モード表示が消去される。

その後の車両走行中には、補正制御部４６により求めら
れた出力円中心座標を基準としてステップ１１０で車両
走行方位θ（ｔ）が求められ、そのθ（ｔ）を用いた前
記第（６）、第（７）式で車両走行位置（ｘ，ｙ）が求
められる。

次に第１４図〜第１７図に基づいて補正制御部４６の動
作について説明する。

第１４図において、ステップ２００では地磁気センサ２
６の出力値（出力円の半径）が規定値以上であるか否か
が判断される。すなわち、地磁気センサ２６の出力値が
規定値以上となるのは、車両が踏切などのように磁界が
強い場所を通過した場合、車体が着磁した場合などであ
る。

またステップ２１０では、人為的に補正スイッチ４４が
押されたか否かが判断される。この補正スイッチ４４は
車体が着磁したことが表示部２０の表示から確認された
場合に運転者により操作される。

そしてステップ２００肯定またはステップ２１０肯定の
場合には、ステップ２２０で補正モード信号がＣＰＵ２
２に対して発信される。

さらにステップ２３０では、後述する処理により出力円
中心座標が求められ、この処理が終了するとステップ２
３０では補正モード信号の発信が停止されて前述のよう
に補正モード表示が終了する。

第１５図は第１４図のステップ２３０における処理の内
容が示されており、この処理は車両の周回走行中に行な
われる。つまり、前述の第１３図におけるステップ１６
０による補正モード表示に従って、車両の周回走行が開
始されると、地磁気センサ２６から出力される検出電圧
Ｖｘ，Ｖｙは例えば第１８図のようなループした軌跡Ｐ
を描く。

第１５図において、最初のステップ３００では初期抽出
間隔定数ＤＬＴ８ＭＩＮおよび車両周回走行の終了を確
認するために使用される定数ＤＬＴＥＮＤＭＡＸが設定
される。

なお、初期抽出間隔定数ＤＬＴ８ＭＩＮは、出力円の半
径に基づいて予め設定された定数であり、また定数ＤＬ
ＴＥＮＤＭＡＸは初期（例えば第１番目）に抽出された
抽出代表点（後述）の近傍領域を設定するための定数で
ある。

さらにステップ３０５では、その周回走行する地点の地
磁気強度Ｇの強さを外部記憶装置３０から読出し、第１
８図に示されるその周回走行地点の抽出間隔定数ＤＬＴ
８αを次の第（８）式で求める。

そして、次のステップ３１０ではそのときに得られてい
る検出電圧Ｖｘ，Ｖｙが第１の抽出代表点｛Ｘ（１），
Ｙ（１）｝として抽出されて記憶されるとともに、抽出
代表点番号Ｃが値１とされる。

また次のステップ３２０では、地磁気センサ２６から出
力された検出電圧Ｖｘ，Ｖｙが収集される。

さらにステップ３３０ではその座標（ｘ，ｙ）と前記第
１の抽出代表点｛Ｘ（１），Ｙ（１）｝との間の距離Ｄ
ＬＴ８が次の第（８）式によって求められる。

またステップ３４０では抽出代表点数ｃが値１１（値１
１は任意に決められる）に達したか否かが判断され、周
回走行開始時にはその数Ｃが値１であるのでステップ３
６０に進む。

そして抽出代表点数ｃが値１１に達した場合にはステッ
プ３５０に進んで一周チェック処理が行なわれる。

そこでこのステップ３５０の一周チェック処理内容を第
１６図のフローチャートに従って説明する。

この一周チェック処理には、抽出代表点数ｃが値１４に
達した後に、出力点Ｑ_１〜Ｑ_６が得られる毎に繰り返さ
れ、第１８図から理解されるようにＱ_６が得られた際に
その処理が終了する。

第１６図におけるステップ４００では、抽出代表点（Ｃ
＝１）の番号を示すカウンタ値ｎが１にセットされる。
そして次のステップ４１０ではカウンタ値ｎが値２に達
したか否かが判断され、カウンタ値ｎは値１であるから
ステップ４２０に進む。

そしてステップ４２０では、前記抽出代表点（Ｃ＝１）
と前記出力点Ｑ_１との距離ＤＬＴＥＮＤが次の第（１
０）式により算出される。

また次のステップ４３０では上記距離ＤＬＴＥＮＤと先
に設定された定数ＤＬＴＥＮＤＭＡＸとの大小が比較さ
れ、第１８図から理解されるように出力点Ｑ_１において
は距離ＤＬＴＥＮＤの方が定数ＤＬＴＥＮＤＭＡＸより
も大きいのでステップ４４０に進みカウンタ値ｎはｎ＋
１にカウントアップされてステップ４１０へ戻る。

なお、車両の周回走行が終了したか否かは、初期に抽出
された抽出代表点（例えばＣ＝１〜４）近傍に出力点Ｑ
が存在するか否かで確認される。なお本実施例では、抽
出代表点（Ｃ＝１）を中心とする半径ＤＬＴＥＮＤＭＡ
Ｘの円内に出力点Ｑが存在していれば車両周回走行の終
了の確認とされる。

したがってステップ４１０でカウンタ値ｎが２に達する
と、一周チェック処理を一旦終え、第１５図のステップ
３６０に抜け出して次の出力点Ｑ_２が求められる。そし
てこの出力点Ｑ_２に対し第１６図のステップ４００〜ス
テップ４３０の処理がなされ、以降同様に出力点Ｑ_３，
Ｑ_４，Ｑ_５に対しても同様の処理が行なわれる。

そして出力点Ｑ_６が得られて距離ＤＬＴＥＮＤと定数Ｄ
ＬＴＥＮＤＭＡＸの大小がステップ４３０で比較される
と、第１８図から理解されるように距離ＤＬＴＥＮＤの
方が小さいので車両周回走行の終了確認となり一周チェ
ック処理が終了する。

以上のようにして一周チェック処理が第１５図のステッ
プ３５０で行なわれ、車両周回走行の終了が未だ確認さ
れていない場合、あるいは抽出代表点数Ｃが値１０に達
していない場合にはステップ３６０へ進む。

このステップ３６０では前記抽出間隔定数ＤＬＴ８αに
距離ＤＬＴ８が達したか否かが判断され、抽出間隔定数
ＤＬＴ８αより距離ＤＬＴ８が短い場合にはステップ３
２０に戻り、以下、ステップ３２０〜ステップ３６０の
処理が繰り返される。そしれ前記処理は約５０msで繰り
返されるように設定されているので、収集初期の座標
（ｘ，ｙ）は抽出間隔定数ＤＬＴ８αより短くなる。

その後、距離ＤＬＴ８が抽出間隔定数ＤＬＴ８α以上に
達すると、ステップ３７０へ抜け出し、そのステップ３
７０では前記抽出代表点数Ｃがインクリメントされる。

さらにステップ３８０でそのときの座標（ｘ，ｙ）が２
番目の抽出代表点｛Ｘ（２），Ｙ（２）｝として抽出さ
れて記憶される。その後前記ステップ３２０〜３５０の
処理が繰り返される。

以上のようにして第１８図に示す軌跡Ｐ上の抽出代表点
（Ｃ＝１，Ｃ＝２，…Ｃ＝１１）が車両の周回走行中に
複数順次抽出されてその座標が記憶される。

そしてステップ３８０で抽出代表点数Ｃが１１に達し、
このことがステップ３４０で確認されるとともに、ステ
ップ３５０で車両周回走行の終了が確認されると、ステ
ップ３９０に進む。

このステップ３９０では、全抽出代表点（Ｃ＝１，Ｃ＝
２，…Ｃ＝１１）の検出電圧Ｖｘ，Ｖｙ（出力値）の平
均化処理（算術平均）が次式に従って行なわれ、これに
より出力円中心座標を示す座標（ＣＸ，ＣＹ）が次の第
（１１）式、第（１２）式で求められる。

以上のように本実施例によれば、初期抽出間隔定数と周
回走行地点の地磁気強度から求められる抽出間隔定数に
より所定数抽出された複数の出力値の平均化処理により
出力円中心座標（ＣＸ，ＣＹ）が算出される。

したがって出力円中心座標（ＣＸ，ＣＹ）が正確に算出
され、この出力円中心座標（ＣＸ，ＣＹ）を使って車両
走行方位を求めるので、その方位が正確に求められる。

また所望数の抽出代表点Ｃ（＝１〜１１）が抽出された
後、最初に抽出された抽出代表点（Ｃ＝１）の近傍に出
力点Ｑ（Ｑ_１〜Ｑ_６）が存在するか否かを見ることによ
り車両周回走行の終了の確認を行なうので、車体着磁が
著しい場合にあっても車両周回走行の終了確認が確実と
なる。

したがって、車両周回走行の終了確認後に行なわれる出
力円中心座標（ＣＸ，ＣＹ）の算出開始の自動化が確実
となる。

さらに車両周回走行の確認が上記のように行なわれるの
で、出力円中心からみて３６０度方向全ての地磁気成分
検出電圧が抽出可能となり、それら抽出された地磁気成
分検出電圧に基づいて車両走行方位を検出するので、よ
り正確な方位検出が可能となる。

《考案の効果》 以上の説明で明らかなように、本考案に係る車両用方位
計は、地磁気センサの出力値のうち、初期抽出間隔定数
と周回走行地点の地磁気の強さとから求められる抽出間
隔定数によって所定数抽出された出力値の平均化処理に
より地磁気の強弱に関係なく出力円の中心座標が求めら
れる。

したがって、出力値で示される座標が本来描くべき出力
円の中心座標として正確に求められるので、車体着磁等
による方位検出誤差を確実に解消して正確な方位を求め
ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はクレーム対応図、第２図は本考案に係る車両用
方位計の好適な実施例を示すブロック図、第３図は車速
センサの構成説明図、第４図は地磁気センサの構成説明
図、第５図は地磁気センサの励磁特性説明図、第６図は
無磁界中における地磁気センサのパーマロイコアでの磁
束変化を示す特性図、第７図は地磁気センサの検出作用
説明図、第８図は地磁気センサの検出電圧特性図、第９
図は車両走行方位の説明図、第１０図は出力円説明図、
第１１図は地磁気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１２図は車体着磁による出力円の
移動を示す説明図、第１３図はＣＰＵ２２の処理手順を
示すフローチャート、第１４図、第１５図および第１６
図は補正制御部４６の処理手順を示すフローチャート、
第１７図は周回走行を指示用の表示例説明図、第１８図
は補正制御部４６の補正作用説明図および第１９図は従
来の補正作用説明図である。 ２０……表示部 ２２……ＣＰＵ ２４……車速センサ ２６……地磁気センサ ２８……キー入力部 ３０……外部記憶装置 ３２……データ入力部 ３４……メモリ部 ３６……パーマロイコア ３８Ｘ，３８Ｙ……巻線 ４０……巻線（励磁用） ４２……励磁電源 ４４……補正スイッチ ４６……補正制御部

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】地磁気の方位を水平面上で直交２方向に分
   解するとともに、各方向の地磁気成分により座標を示す
   電気信号として出力する車両に搭載される地磁気センサ
   と、 車両の走行地点の地磁気強度が記憶されている地磁気強
   度記憶手段と、 車両の周回走行地点の地磁気強度と初期抽出間隔定数と
   から上記周回走行地点の抽出間隔定数を演算する間隔定
   数演算手段と、 車両の周回走行中に前記地磁気センサから出力された出
   力値のうち、各出力値で示される座標の位置関係が前記
   抽出された抽出間隔定数により互いに所定距離間隔とな
   る出力値を複数抽出する抽出手段と、 前記抽出手段により抽出された出力値の平均化処理を行
   なって出力円の中心座標を求める中心座標演算手段と、 を有することを特徴とする車両用方位計。