JPH02120613A

JPH02120613A - 方位計

Info

Publication number: JPH02120613A
Application number: JP63274101A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Saito; 斎藤　隆宏; Junichi Ito; 純一伊藤
Original assignee: Japan Aviation Electronics Industry Ltd
Current assignee: Japan Aviation Electronics Industry Ltd
Priority date: 1988-10-28
Filing date: 1988-10-28
Publication date: 1990-05-08
Also published as: GB2224577A; GB2224577B; US4977679A; GB8922365D0

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】「産業上の利用分野」この発明は自動車に搭載する航法装置などに使用する安
価な方位計に関する。

「従来の技術Ｊ従来の方位計としては地磁気方位センサ（マグネチック
・コンパス、フラックス・バルブ等）及びジャイロシン
・」ンバスが一般的である。ジャイロシン・コンパスは
主に航空機に用いられるもので、翼端や環部など電気や
磁気の影響の少ない場所に取イ」けられるフラックス・
バルブ（地磁気ベクトルの水平成分の方向を検出するセ
ンサ）の検出信号により方位ジャイロを制御し、そのス
ピン軸を常に地磁気の水平成分の方向に追従させるよう
にして、方位ジャイロのスピン軸の方向のドリフト（ジ
ャイロ軸受の摩擦、ジャイロ構造の不平衡、地球の自転
の影♂などにより発生する）を修正して、正値な機首の
方位角を検出するようにしたものである。これら従来の
方位計はよく知られているので詳しい説明は省略する。

「発明が解決しようとする課題」従来の地磁気方位センサは安価に得られるが、地磁気以
外の磁界、例えば車両の電気機器や、電車鉄道の作る磁
界の影響を受け、そのままでは誤差が大きい欠屯がある
。一方、ジャイロシン・コンパスは地磁気以外の磁界の
影響は問題ないが、方位ジャイロが高速回転され、高精
度で複雑な構造を持も高価であるため装置全体も一般に
高価となるため自動車用には不向きである。この発明の
目的は地磁気以外の磁界の影響を受けず、かつ安価に得
られ、自動車航法装置に好適な方位計を提供するにある
。

「課題を解決するための手段」車体に取付けられるケースと、回転軸を上下に立てた状
態で回動自在に上記ケースに収納保持され慣性能率を大
きくするリング部をもっている回転円板と、上記ケース
に取付けられ、上記回転円板を所定の回転率で回転駆動
する駆動部と、上記回転円板の外周面に等間隔に表示さ
れるバーコド表示と、上記ケースに取付けられ、上記バ
ーコード表示を検出するバーコードセンサとより成る車
体の相対回転率検出センサと、地磁気を検出して地理学上の北を起点とする地磁気方位
信号ψイを出力する地磁気方位センサと、Ｆ記車体の相
対回転率検出センサより出力されるバーコード信号を計
数して、上記回転円板より見た」−記ケースの相対回転
率信号すを出力する計数回路と、上記回転円板のｉｆｆ
準の回転率が設定され円板回転率信号す、（大地基１１
りを発生する円板回転率設定回路と、上記ケースの相対
回転率信号りより上記円板回転率信号ｂｌを減算して、
上記車体の方向変化率信号（大地基準）φ−ｈ−ｂを出
力する差動回路とより成る方向変化率信号発生回路と、その方向変化率信号ψより補正信号φを減算して出力す
る第１差動回路と、その第１差動回路の出力を積分して、上記車体の方位信
号ψを出力する積分回路と、その車体の方位信号ψより上記地磁気方位信号ψＭを減
算して、誤差信号ψ−ψ。を出力する第２差動回路と、その誤差信号ψ−ψ。を増幅して上記補正信号φを作成
し、その補正信号φを上記第１差動回路に供給して、上
記誤差信号ψ−ψＭがゼロになるように制御する負帰還
ｌ路とが方位酊に備えられる。

上記負帰還回路は、上記誤差信号ψ−ψＭを増幅する増
幅器と、上記誤差信号ψ−ψイを積分する積分回路と、
その積分回路出力と上記増幅器の出力とを加算する重畳
回路とより構成するのが望ましい。

「実施例」、１１剖泗ｔ」船州１Ｚ丈はじめに、この発明の方位計に使用する車体の相対回転
率検出センサ１００について第２図を参照して説明する
。円筒体１ａの上端が上板１ｂで閉塞され、下端の外周
縁より半径方向に鍔ＩＣが一体に突出形成される。鍔１
ｅの外形はこの例では概ね方形で、その−辺の長さは円
筒体１ａの外径にほぼ等しい。その鍔ＩＣの外形と同じ
外形を持つ方形の板体より成る底板１ｄをｉｌｃに重ね
合わせることにより円筒体１ａの開口を塞ぐことができ
る。円筒体１ａの内径とほぼ等しい外径をもち、中心に
円孔を有する円板状の中間板１ｅが設けられ、その円孔
に軸受２ａが取付けられる。軸受２ａの外周面を囲むよ
うに、リング状の第１磁石３ａが中間板の上面に例えば
接着剤で固定される。第１磁石３ａとほぼ同形の第２磁
石３ｂが第１磁石３ａの上方に空隙を介して、同軸心で
、互に反ｉ發する極性で、対向して配される。

円筒体１ａの内径より小さい外径の回転円板４が設けら
れ、その円板の下面の外周端にリング部４ａが、またそ
の下面の中心に円柱状のボス１ｂがそれぞれ板面に垂直
に突出形成される。回転円板４はボス４ｂを第２磁石３
ｂの中心孔に嵌合されて、第２磁石３ｂ上に載置され例
えば接着剤により互いに固定される。第２磁石３ｂの中
心孔より下方に突出するボス４ｂの端部の外径が小さく
形成され、その小径部が第１ｍ石３ａの中心孔に挿通さ
れると共に、小径部の下端面は軸受２と空隙を介して対
向して配される。ボス４ｂの中心に軸孔が形成され、そ
の軸孔に回転軸５が嵌合固定され、その両端はボス４ｂ
の両端より上下に突出される。その下方の突出部は軸受
２ａの中心孔に挿入され、その中心孔を貫通して下方に
導出される。一方、回転軸５の上方の突出部の先端は上
板１ｂの内面の中心に取付けられた軸受２ｂに支承され
る。第１ｉｆｔ石３ａと第２磁石３ｂとは互いの反ｔａ
力によってその間に空隙が維持されるように配されてい
る０回転円板４はその回転軸５が上下に立てた状態で軸
受２ａ、２ｂに支承されて、回軸自在に保持される。第
１、第２磁石３ａ、３ｂの回転円板を支持する力は３６
０度の範囲で僅かなアンバランスがあり、また軸受２ａ
、２ｂについても摩擦力にアンバランスがあるが回転円
板４は例えば数１１００ｒｐ程度の低速度で回転駆動さ
れるので、これらのアンバランスは特に問題にならない
。回転円板４はリング部をもち、従って周辺部が重く、
大きな慣性能率を持つので一定速度の回転を維持する性
質をもつ。なお中間板１ｅは上板１ｂと共に回転円板４
を保持した状態で円筒体１ａの内周面に取付けられる。

底板１ｄの上面には、回転軸５と係合して回転円板４を
所定の回転率で回転駆動するための駆動部６が取付けら
れる。鍔１ｃと底板１ｄとは重ね合され、ゴム座−ψＭ
を介して車体にねし止めされる。

なお、円筒体１ａ、上板１ｂ、ｆｆ１ｃ、底板１ｄ、中
間板１ｅによりケースｌが構成される。

回転円板のリング部４ａの外周面に回転軸５と平行にバ
ーコード（この場合は目盛）８が等間隔に表示されてお
り、そのバーコード８を検出するためにバーコードセン
サ９が円筒体１ａに取付けられる。回転円板４が回転す
ると、バーコードセンサ９からは１つの目盛に対して１
つの矩形波が対応するバーコード信号Ｘが得られる。

他鐙見方位土ｌユこの発明で使用する地磁気方位センサ２００は基本的に
は従来と同様のものが用いられる。しかしながら、地磁
気ベクトルの水平成分の方向（磁北）と地理学上の（地
図上の）北とでは偏角と呼ばれる差が存在し、本邦では
大体４°〜８°で高緯度の地域はど大きくなっている。

そこで、その偏角を補正するために、地磁気方位センサ
２００の車体に取付ける方向を調整するか、または車体
の地図上の位置情報を入力して、検出出力に対し電気的
な補正が加えられる。これにより地磁気方位センサから
は地図上の北を起点とした地磁気方位信号ψイが得られ
る。

倍号処理皿相対回転率検出センサ１００より得られるバーコード信
号Ｘの周波数はケース１（従って車体）より見た回転円
板４の相対回転率に対応すると同時に、回転円板４より
見たケースｌ（車体）の相対回転率にも対応する。そこ
でこの発明では、第１図に示すようにバーコード信号Ｘ
のパルス数が計数回路１１で計数されて、回転円板４よ
り見たケース１の相対回転率信号すが差動回路１２の非
反転入力端子に出力される。相対回転率信号すば便宜上
第３図に示すようにＣＷ（時計方向）の回転の場合を正
にとる。

回転円板４は駆動部６によりほぼ一定の標準の回転率Ｊ
、（大地基準とし、便宜上反時計方向ＣＣＷの回転の場
合を正とする）で回転駆動される。回転率／＞、の値は
あらかじめ測定され、円板回転率設定回路１３に例えば
設定スイッチにより設定され、常時対応する回転率信号
（記号沙、を代用する）が差動回路１２の反転入力端子
に出力される。

差動回路１２ではケースｌの相対回転率信号すより回転
円板４の回転信号島が減算されて、ケース１（従って車
体）の方向変化率信号ψ（大地基準とし、ＣＷの向を正
とする）、即ちφ−４ｔ３＋　　　　　　　　（１）が第１差動回路１４の非反転入力端子に出力される。（
１）式において、φ及び汐が共にＣＷを正の方向として
いるのに対して、（回転円板４がＣＣＷの方向に回転さ
れ、）δ、はＣＣＷを正の方向としている（第３図参照
）、なお（１）式の関係を第４図に示しである。

上記の計数回路１１、差動回路１２及び円板回転率設定
回路１３とにより方向変化率信号発生回路１５が構成さ
れる。

第１差動回路１４では方向変化率信号ψより負帰還回路
１６からの補正信号φ（しかし定常状態ではφ−〇）が
減算され、修正された方向変化率信号φ−φが積分回路
１７に出力される。積分回路１７ではその信号φ−φが
積分され、車体の方向変化量、つまり車体の回転角を示
す信号ψが出力端子１８及び第２差動回路１つの非反転
入力端子に出力される。このままでは信号ψは方位角を
示す信号とは言えないが、以）に述べるように地磁気方
位センサ２００の地（１ｇ気方位信号ψイに一致するよ
うに制御され、はしめて方位信号としての資格を得る。

そこで信号ψを方位信号と名付ける。

方位計の起動時において、方位計の出力方位信号ψは第
２差動回路１９の非反転入力端子に与えられ、一方墳磁
気方位信号ψＭはその反転入力端子に与えられ、第２差
動回路１９より誤差（ｇ号ψψイが負帰還回路１６に出
力される。負帰還回路１６ではその誤差信号が適当に増
幅され、補正信号φが第１差動回路の反転入力端子に出
力され、方向変化率信号φがφだり補正される。即ち負
帰還回路１６は入力される誤差信号ψ−ψイがゼロにな
るように第１差動回路１４を制御する。定常状態におい
ては、方位信号ψは地磁気方位信号ψイに一致し、φ＝
０となる。

このようにして、方位信号ψ−ψイが方位計より出力さ
れているときに、車体の方向が変化したとすれば、方向
変化率信号φに変化が生じ、積分回路１−ψＭを通して
積分されて、方位信号ψが変化するが地磁気方位信号ψ
イと差があれば、前記どうよう第５図に示すように補正
されて次第にψＭの値に一致する。

車体が電車の踏切などを通過する際、外部磁界の影響に
より、地磁気方位信号ψＭが第６図Ａに示すように、−
時的に変動したとしても、この変化は負帰還回路１６等
を介し、積分回路１−ψＭを通して出力側に伝わる為、
第６図Ｂに示すように、方位信号ψは殆ど変化せず、外
部磁界等による一時的な磁界の短い擾乱には影響されな
い。

回転円板４の回転が標準値す、から僅かながら長期間に
亘りかんまんに変動するような場合には、積分回路４で
は吸収できない。また、この場合方位信号ψは地磁気方
位信号φ９に対し、長期に亘り特定の方向に偏移しよう
としており、単に増幅機能を持つだけの負帰還回路によ
る制御だけでは不充分で、方位信号ψは地磁気方位信号
ψ工よりずれが生じる。このような場合には、負帰還回
路１６には第７図に示すように、新しい積分機能を加え
るのが望ましい。即ら第２差動回路１９からの誤差信号
ψ−ψＭは増幅回路１６ａ（増幅定数をに、とする）と
積分回路１６ｂ　（増幅定数をに２とする）とに与えら
れ、それぞれの回路からに、（ψ−ψＭ）及び（Ｋ！／
Ｓ）（ψ−ψＭ）なる信号が重畳回路１６ｃに与えられ
て加算される。

ここで、ｌ／Ｓは積分演算子記号である。重畳回路１６
ｃにより加算された信号（Ｋ、　十に、／Ｓ）（ψ−ψ
）が第１差動回路１４に出力される。この場合帰還回路
１６は増幅回路１６ａ、積分回路１６ｂ及び重畳回路１
６ｃにより構成され、回転円板４の長期に亘る僅かのか
んまんな変動により生じる小さな誤差信号ψ−ψ。であ
っても、積分回路１６ｂで積分されである程度の大きさ
に達するので、誤差信号をゼロにするような制御が可能
になる。

この場合の方位信号ψは、 ψ−［φ−（ψ−ψｘ）（Ｌ＋Ｌ／Ｓ）］／Ｓ　　（２
）で表わされる。

「発明の効果」この発明の方位計は以上述べたように従来の地磁気方位
センサのように磁界の擾乱の影響を受けることばない。

また相対回転率検出センサ１００は高価な方位ジャイロ
などを使用せず、低速に回転駆動され、簡単な回転機構
で構成されると共に信号処理部も回路構成が簡単である
ので、全体として従来のジャイロシン・コンパスに比べ
て極めて安価に得られ、自動車航法装置などに好適であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示すブロック図、第２図Ａ
、Ｂはそれぞれ第１図の相対回転率検出センサ１００の
平面図及びＡ−Ａ断面図、第３図は第２図の相対回転率
検出センサにおける回転円板４とケースｌとの回転方向
を説明するための原理的な平面図、第４図は第１図の方
向変化率φと相対回転率すとの関係を示す図、第５図は
第１図の実施例において、車体の方向が急に変化した場
合の地磁気方位信号ψＭと方位計の出力方位信号ψの変
化状態を示す図、第６図は第１図の実施例において、磁
界に擾乱があった場合の、地磁気方位信号ψＭと方位計
の出力信号ψの変化状態を示す図、第７図はこの発明の
他の実施例の要部を示すブロック図である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　車体に取付けられるケースと、回転軸を上下に
立てた状態で回動自在に上記ケースに収納保持されリン
グ部を有する回転円板と、上記ケースに取付けられ、上
記回転円板を所定の回転率で回転駆動する駆動部と、上
記回転円板の外周面に等間隔に表示されるバーコード表
示と、上記ケースに取付けられ、上記バーコード表示を
検出するバーコードセンサとより成る車体の相対回転率
検出センサと、　地磁気を検出して地理学上の北を起点とする地磁気方
位信号ψ＿Ｍを出力する地磁気方位センサと、　上記車
体の相対回転率検出センサより出力されるバーコード信
号を計数して、上記回転円板より見た上記ケースの相対
回転率信号■を出力する計数回路と、上記回転円板の標
準の回転率が設定され、円板回転率信号■＿１を発生す
る円板回転率設定回路と、上記ケースの相対回転率信号
■より上記円板回転率信号■＿１を減算して、上記車体
の方向変化率信号■＝■−■＿１を出力する差動回路と
より成る方向変化率信号発生回路と、　その方向変化率信号■より補正信号φを減算して出力
する第１差動回路と、　その第１差動回路の出力を積分して、上記車体の方位
信号ψを出力する積分回路と、　その車体の方位信号ψより上記地磁気方位信号ψ＿Ｍ
を減算して、誤差信号ψ−ψ＿Ｍを出力する第２差動回
路と、　その誤差信号ψ−ψ＿Ｍを増幅して上記補正信号φを
作成し、その補正信号φを上記第１差動回路に供給して
、上記誤差信号ψ−ψ＿Ｍがゼロになるように制御する
負帰還回路とを具備する方位計。
（２）　上記負帰還回路は、上記誤差信号ψ−ψ＿Ｍを
増幅する増幅器と、上記誤差信号ψ−ψ＿Ｍを積分する
積分回路と、その積分回路出力と上記増幅器の出力とを
加算する重畳回路とより構成される請求項（１）記載の
方位計。