JP2568988B2 - 相対方位センサのキャリブレーション方法 - Google Patents

相対方位センサのキャリブレーション方法

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JP2568988B2
JP2568988B2 JP6503707A JP50370794A JP2568988B2 JP 2568988 B2 JP2568988 B2 JP 2568988B2 JP 6503707 A JP6503707 A JP 6503707A JP 50370794 A JP50370794 A JP 50370794A JP 2568988 B2 JP2568988 B2 JP 2568988B2
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ウェイ ウェン カオ
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C17/00—Compasses; Devices for ascertaining true or magnetic north for navigation or surveying purposes
    • G01C17/38—Testing, calibrating, or compensating of compasses

Description

【発明の詳細な説明】 背景技術 本発明は、車両ナビゲーションのための経路誘導シス
テムに用いられる方向センサに関し、特に、ジャイロス
コープ等の相対方位センサのキャリブレーションに関す
る。
しばしば、経路誘導システムは、車両の現在地が車両
の既知の前位置とその前位置から進んだ方向および距離
とを考慮することにより決定される推測航法を用いてナ
ビゲートする。そのような推測航法では、基準方向に対
して車両の方位または方向を探知する必要がある。通
常、そのようなシステムは、地球に関して固定された基
準方向に対する車両の方位を検知するための磁気コンパ
スまたは地磁気センサ（geomagnetic sensor）などの絶
対方位センサと、前の車両の方位に対する車両の方位、
すなわち車両の方位の変更を検知するための相対方位セ
ンサの両方を用いる。
自動車経路誘導システムでは、そのような方位センサ
の精度は、多くの要因によりかなり影響を受ける。例え
ば、局地的な磁界の存在は、磁気コンパスの表示にかな
りの影響を及ぼす。そのような局地的な磁界は、例えば
コンパスを持っている車両の機構、付近の他の車両、ま
たはすぐ近くの構造物により発生する。局地的影響を補
正するための定期的キャリブレーションなくしては、磁
気コンパスは、かなりの誤差を伴った方位の表示を生じ
る。
地磁気センサは、一般に、互いに垂直な２つの方向に
地球の磁場に対応するＸおよびＹの成分信号を発生する
２つの別々の巻線からの２つの出力を有する。理想的に
は、一つが、地磁気センサが完璧な（complete）円で一
周すると、すべてのポイントでセンサのＸとＹの出力を
プロットするものであった場合、その出力は、図４に図
示されたような完全な（perfect）円となる。そのよう
にして、示された車両の方向は、センサからその円の中
心へのＸとＹ軸の出力を比較することにより決定され
る。しかしながら、実際には、その円は、上述した影響
により、概して図５または図６に図示されるような楕円
形となる。
ジャイロスコープのような相対方位センサも、また定
期的キャリブレーションを必要とする。一般的には、そ
のようなセンサから相対方位を決定するのには、２つの
定数が重要である。１つは、基準位置またはゼロ位置に
おけるセンサの出力であり、一般に「ゼロ読み取り（ze
ro reading）〕と呼ばれる。ゼロ読み取りは、操作温度
およびその他の環境要因により変更を受けやすい。不正
確なゼロ読み取りは、全ての相対方位表示を実際の相対
方位からゼロ読み取りにおける誤差と等しい量だけずれ
させてしまう。
相対方位センサにおける２つめの定数は、センサの出
力信号と相対方位との間の換算係数である。ゼロ読み取
りのように、この換算係数は、温度や他の環境要因の影
響を受けやすく、またセンサの精度にさらに大きな影響
をもたらす。例えば、換算係数における10％の誤差は、
大きさにかかわらず全ての相対方位測定に10％の誤差を
もたらす。ゼロ読み取りおよび換算係数における誤差
が、車両のナビゲーションシステムにおける方位測定に
かなりの誤差を生じることが分かった。
従って、車両誘導システムに用いられる絶対方位およ
び相対方位センサは、定期的に且つ正確にキャリブレー
トされるべきであることが認められている。磁気コンパ
スもしくは地磁気センサの出力を補正するためのある方
法が、米国特許第4,611,293号および米国特許第4,797,8
41号に開示されている。車両に入るとき、使用者は、シ
ステムをキャリブレーションモードに設定するため入力
をトリガする。そして、車を完璧な円で回転させ、車の
回転に応じてシステムは、ＸとＹ点を記録する。ＸとＹ
出力は、その回転の全ての角度のために記録され、Ｘと
Ｙ出力の最大値および最小値が楕円の軸を決定させるよ
う決定される。その後システムは、楕円上と完全な円上
の点間の差異を決定し、それらをその出力の補正要素と
して用いる。特許第4,072,565号の第４コラムの15〜19
行目に、そのようなキャリブレーション方法のための車
両の回転を探知するため分離センサを用いることができ
ることを示唆している。
地磁気センサをキャリブレートする別の方法は、補正
を行うため角度比率センサ（anglar rate sensor）から
の出力を用いる。そのようなシステムは、米国特許第4,
831,563号と第4,862,398号とに示されている。しかしな
がら、上で述べたことから明らかなように角度比率セン
サそれ自体がキャリブレートする必要がある。
ジャイロスコープのような相対方位センサをキャリブ
レートする従来の方法は、車両がゼロ読み取りを得るた
めまだ静止しているときセンサの出力をサンプリングす
る。その後、換算係数をキャリブレートするため、セン
サは一定速度で、回転するターンテーブルの上に置かれ
る。センサの出力は、その速度と比較され、換算係数は
ジャイロスコープの電圧出力（voltage output）で速度
を割ることにより決定される。しかしながら、この相対
方位センサをキャリブレートする方法は、センサを移動
させターンテーブルの上で回転しなければならないの
で、車両ナビゲーションには実用的でない。この方法
は、更に容易に入手できない特別なキャリブレーション
装置（例えば、ターンテーブル）が必要である。
相対方位センサをキャリブレートする別の方法では、
相対方位センサに対して固定された位置に設けられた、
例えば磁気コンパスなどの前もってキャリブレートされ
た絶対方位センサを用いる。相対方位センサが回転する
と、絶対方位センサにより記録された２つの方位間の差
異を相対方位センサにより測定された方位転移と比較さ
れ、換算係数が算出される。この方法は、相対方位セン
サが車両に取り付けられており、容易に取り外すことが
できない場合に有利である。しかしながら、この方法
は、コンパスなどの第２のセンサの使用が必要となり、
第２のセンサは、相対方位センサがキャリブレートされ
る前にキャリブレートされなければならない。
これらのまた他の理由により、車両ナビゲーションシ
ステム内の相対方位センサをキャリブレートする方法
は、更なるキャリブレーション装置および車両からセン
サを取り外す必要のないものが望まれている。前もって
キャリブレートされた絶対方位センサの使用を必要とす
ることなく相対方位センサのキャリブレーションを許容
するキャリブレーション方法が更に望まれる。特に、キ
ャリブレーション方法は、同時に、同じ手順で、相対方
位センサと絶対方位センサとの両方のキャリブレーショ
ンを許容すべきである。最後に、キャリブレーション方
法は、そのようなキャリブレーションが自動車ナビゲー
ションシステムに必要であるという頻度の点から実行が
容易でなければならない。
発明の概要 本発明は、絶対方位センサと相対方位センサとを同時
にキャリブレートする方法を提供する。使用者は、車両
に乗り込み、誘導システムをキャリブレーションモード
に設定するようシステムに入力を行う。使用者は、その
後、完璧な円に車両を回転する。車両が動きはじめた後
でかつ、回転する前に、システムは、標準方法で相対方
位センサのゼロ読み取りを決定する。車両が回転する
と、地磁気センサのＸとＹ出力が検査され、履歴（hist
orical）最大値および最小値が記録される。最大値およ
び最小値は、新たな値が高くなったり低くなったりした
場合、更新される。車両が完全に一周回転したとき、Ｘ
とＹ方向の記録された最大値および最小値は、最大値お
よび最小値である図５もしくは図６の楕円上の点とな
る。本発明は、Ｘ方向またはＹ方向の最大と最小との差
異が180°であることを認識する。そして、相対方位セ
ンサの換算係数は、ＸとＹ方向のどちらかの最大および
最小地磁気センサ出力と同時に記録された相対方位セン
サ出力に180°を適用することによりキャリブレートさ
れる。
本発明は、更に、ＸとＹの両方向における最大値およ
び最小値を算出し、２つの係数を平均することにより、
換算係数のキャリブレーションを改善する。同時に、地
磁気センサそれ自体は、上記の従来技術で記述した標準
の楕円対円比較方法（elliptical−to−circle conpari
son method）を用いてキャリブレートされる。
本発明の方法は、使用者が両方のセンサをキャリブレ
ートするため一周回る間、一周が完了するときを決定す
るための一方のセンサの出力は、もう一方のセンサがキ
ャリブレートされていないため正確でないことを認識し
ている。従って、この方法は、相対方位センサが決定し
たように車両が約400°回転する必要がある。これによ
り、少なくとも360°の点を得ることができ、地磁気セ
ンサのプロットは、既に決められた楕円の部分上を単に
繰り返し、記録された最大値および最小値は変更しない
ので点の重複によって異常は起きない。
本発明は、従来のキャリブレーション方法よりも重要
な利点を有する相対方位センサをキャリブレートする方
法を提供する。本発明のキャリブレーション方法は、タ
ーンテーブルのような付加的キャリブレーション装置の
使用を必要とせず、車両からセンサを取り外すことなく
車両に搭載された方位センサをキャリブレートするため
に用いられる。本方法は更に、キャリブレーションを補
助するための前もってキャリブレートされたセンサの必
要性を排除する。更に、本方法は、相対方位センサと絶
対方位センサの両方を、同じ一連の工程でキャリブレー
トすることができる。このキャリブレーション方法は、
簡単で時間がかからないので、頻繁にキャリブレーショ
ンが行え、車両のナビゲーションに用いられるために正
確な方位表示を保持することができる。
本発明の特徴および利点は、明細書と図面の残りの部
分を参照することにより更に理解される。
図面の簡単な説明 図１は、本発明の要旨に従って構成された経路誘導シ
ステム内のデータフローを示す略図である。
図２は、本発明の要旨に従って構成された経路誘導シ
ステムの略図である。
図３は、図２のシステムに用いられた従来の地磁気セ
ンサの略図である。
図４から図６は、図３の地磁気センサの測定曲線の図
である。
図７から図12は、本発明のキャリブレーション方法に
おいて実行される工程を示すフローチャートである。
図示の実施例の詳細な説明 本発明は、車両のナビゲーションおよび経路誘導シス
テムに特に有用な方向センサと方向センサをキャリブレ
ートする方法を提供する。
図１は、車両経路誘導システムの例示的実施例を図示
する。誘導システム10は、距離センサ12と角速度（相対
方位）センサ14と、地磁気センサ16とを含む位置データ
を提供するための複数のセンサを含む。通常、角速度セ
ンサは、ジャイロスコープであるが、例えば、差動オド
メーター（differential odometre）もしくは他のタイ
プの角速度センサでもよい。絶対方位センサは、通常、
地球磁場センサ（geomagnetic field sensor）かコンパ
スである。システムは、更に、例えば、サテライトベー
スのナビゲーションシステムから緯度および経度等の位
置データを受信するグローバルポジショニングシステム
（GPS）レシーバ18を含む。
センサ12〜16およびGPSレシーバからのデータは、計
算手段20へ入力される。センサ12〜16からの信号は、誤
差を発生する不連続を調整するためキャリブレーション
部22でキャリブレートされる。その後、センサ出力信号
は、信号処理部24で処理される。信号処理部24では、信
号は、最後に記録された位置からの車両の移動に相当す
る１つ以上のベクトルの推定値に到達させるためろ波さ
れる。推測航法手段（dead−reckoning means）26は、
車両の位置の最善推定値を決定し、その位置をマップマ
ッチング手段（map matching means）に伝える。センサ
12〜16からのデータよりもGPSのデータを用いるのが好
ましい場合、GPSレシーバ18からのデータがマップマッ
チング手段28へ入力される。データベース30は、車両が
移動する範囲の地図に相当するデータを有する。そのデ
ータは、例えば道路セグメント、方位、平均速度、ター
ン規制および他の関連情報に相当する。マップマッチン
グ手段28は、推測航法手段26またはGPSレシーバ18から
の入力により決定された位置をデータベース30の地図デ
ータと比較し、地図上の車両の位置を決定する。地図に
対する車両の位置を使用者に伝達するため、車両の位置
は、出力伝達手段32へ伝えられる。
システムは、更に、通常キーボードを有するユーザー
インターフェース34を介して使用者が目的地を入力する
経路誘導機能を提供する。そして、計算手段20は、車両
の現在地から目的地までの最適な経路を算出する。経路
誘導手段36は、例えば、ターンのできる、従って進むの
に最も適した道路および目的地までの距離を含んだ最適
経路をデータベース30内の地図データを用いて決定す
る。そして適切な道路は、出力伝達手段32を通して使用
者に伝達される。出力伝達手段32は、スクリーンディス
プレイ、オーディオスピーカーまたは他の伝達手段でで
きていてもよい。
図２は、計算手段20のハードウェアの例示的実施例を
概略的に示す。センサ12〜16およびGPSレシーバ18は、
センサ/GPSインターフェース40を介して計算手段20に連
結している。インターフェース40からのデータは、上述
したキャリブレーション、信号処理、推測航法、マップ
マッチングおよび経路誘導機能を行うCPU42に伝達され
る。データベース30は、記憶媒体48に記憶され、CPU42
による実行のためROM44に記録された計算手段20の操作
をソフトウエアが指令する。RAM46は上記ソフトウェア
プログラムの実行に必要な情報の読み書きを許容する。
記憶媒体48は、デジタル化した地図情報が記憶されるハ
ードディスクドライブ、CD−ROMまたはICで構成されて
もよい。ディスプレイスクリーンのためのグラフィック
コントローラからなる出力コントローラ52は、CPU42に
より処理されたデータを受け、そのようなデータを通常
ディスプレイスクリーンからなる出力伝達器32に伝達す
る。使用者は、目的地などのデータを一般的にキーボー
ドであるユーザーインターフェイス34を介して入力す
る。
図１に図示されたように、車両ナビゲーションシステ
ムは、車両の方位を決定するため通常１つ以上の方向セ
ンサを用いる。角速度センサ14などの相対方位センサと
地磁気センサ16などの絶対方位センサの両方が、一般に
使用されて、その両方のセンサの出力が比較され、また
はノイズや環境の影響による誤差読み取りチェックされ
る。
図３は、米国特許第4,672,565号に詳細に記述された
地磁気センサ16の例示的実施例を図示している。地磁気
センサは、互いに直角にコアの回りに巻かれた出力巻線
62A、62Bを持つ強磁性材料の磁気コア60を含む。振動回
路64は、コア60の回りの信号巻線66を介して伝達される
電流を発生する。地球の磁場の第1X−成分に比例する出
力は、巻線62Aに発生し、一方地球の磁場の第2Y−成分
（Ｘ−成分に垂直）に比例する出力は、巻線62Bに発生
する。巻線62A,62Bの出力は、フィルター68でろ波さ
れ、合成された信号が増幅回路70で増幅される。保持回
路72は、タイミング回路76からのトリガ信号において出
力74A、74Bで出力された信号を一時的に記録する。その
ようにして、地磁気センサ16は、第１「Ｘ」方向に地球
磁場に比例する第１の信号と、第２「Ｙ」方向に地球磁
場に比例する第２の信号とを発生する。このＸ方向とＹ
方向は、垂直をなす。
図４に図示されたように、地磁気センサ16のＹ出力信
号がＸ出力信号の関数としてプロットされた場合、理論
的結果は、点（X0,Y0）を中心とする円である。しかし
ながら、親車両（host vehicle）の局地的な磁性の影響
およびセンサ自身の非理想的特質を含む様々な要因によ
り、かなりのひずみがセンサ出力にみられる。このひず
みは、しばしば、図５に示されるような楕円測定曲線、
もしくは、図６に示されるような傾いた楕円曲線を生じ
る。従って、地磁気センサは、このひずみを補正するた
めにキャリブレートされなければならない。キャリブレ
ーションは、そのような楕円測定曲線の中心および半径
を画定する。中心および半径を得ると、地磁気センサか
らの与えられた出力に対応する正しい方位が周知の計算
を用いて決定される。
車両のナビゲーションシステム内の相対方位センサ、
例えば角速度センサ14、もまた、定期的なキャリブレー
ションが必要となる。角速度センサは、通常、ジャイロ
スコープ、もしくは車両のホイールに連結した差動オド
メーターからなり、基準位置から角速度における変化に
比例する出力信号を発生する。従って、２つのパラメー
ターは、そのようなセンサからの相対方位を決定するの
に重要である。第１に、ゼロ読み取りは、車両が基準位
置にあるときに得られなければならない。第２に、セン
サの信号出力を車両方位の変化に転換するための換算定
数が決定されなければならない。温度などの様々な環境
要因は、ゼロ読み取りおよび換算定数にかなり影響を持
ち、相対方位算出の誤差をもたらすことが分かってい
る。
本発明は、絶対方位センサの測定曲線の最大／最小値
の組み合わせ間の既知の角度関係を利用する絶対方位セ
ンサと相対方位センサとをキャリブレートするための方
法および装置を提供する。図５に示されるように、地磁
気センサ出力信号は、Ｘ方向において点P1で最大値を有
し、点P3で最小値を有する。また、Ｙ方向においては、
点P2で最大値を有し、点P4で最小値を有する。最大値P1
と最小値P3との間の角度および最大値P2と最小値P4との
間の角度は、図６に示されたように、傾いた楕円測定曲
線の場合でさえも、常に180°となる。本発明は、相対
方位センサのゼロ読み取りおよび換算定数とともに、絶
対方位測定曲線の特性を算出するためこの最大値／最小
値の組み合わせおよびこの既知の角度関係を用いる。
本発明の方法において、一般的にはジャイロスコープ
である相対方位センサからのゼロ読み取りは、車両がそ
のままの状態のときに得られる。図７を参照すると、車
両はその後円形経路に動かされる。その経路の正確な形
状は、車両がもとの位置に戻るように向かっている限り
センサは少なくとも360°回転するので、重要ではな
い。車両が動くと、地磁気センサ（コンパス）のＸおよ
びＹ出力は、繰り返しサンプリングされる。同時に、角
速度センサ（ジャイロスコープ）の出力もサンプリング
される。車両は、所定の、キャリブレートされていない
換算定数を用いて、角速度センサにより測定されるよう
に少なくとも400°回転するまで円形経路に沿って動か
される。換算定数が正確でないので、車両は、角速度セ
ンサにより測定されるように360°丁度よりも少なくと
も400°回転され、相対方位測定に少なくとも10％の誤
差を受入れて、車両が少なくとも360°回転することを
確実にする。
車両が回転すると、各地磁気センサ出力信号（ＸとＹ
両方）は、前の値、最大値として記憶された２つの値の
内大きい値と、最小値として記憶された２つの値の内小
さい値と比較される。車両が一回転し終わったとき、地
球磁場（geomagnetic field）のＸ成分の最大値P1およ
び最小値P3は、地球磁場のＹ成分の最大値P2および最小
値P4と同様に、求められ記憶される。
最大および最小の組み合わせが求められると、最大お
よび最小の各々の位置に応じて相対方位センサ出力信号
が決定される。最大値と最小値との間の角度が180°と
分かっているので、最大値における相対方位信号と最小
値における相対方位信号との差異は、180°で割られ、
相対方位センサの換算定数が得られる。これは、Ｘおよ
びＹ方向双方の最大／最小の組み合わせで行ってもよ
く、その結果、平均化された値が最終換算定数となる。
両方向の地球磁場の最大値および最小値が決定する
と、絶対方位センサの測定曲線も決定し得る。図５を参
照すると、Ｘ軸とＹ軸とに合わされた楕円測定曲線で
は、中心（X0,Y0）は、点（P1＋P3）/2、（P2＋P4）/2
に位置する。楕円の半径は、それぞれ（P1−P3）/2およ
び（P2−P4）/2となる。図６に示されたような傾いた楕
円では、最大値P1,P2および最小値P3,P4は、傾いた楕円
のため以下に記述される既知の式へ入力されて半径a,b
を求める。最大値P1,P2と半径a,bが求まると、傾きの角
度αが容易に求まる。
本発明の方法に含まれる一連のステップが図７に示さ
れる。これらのステップは、CPU42とROM44に記憶された
ソフトウエアプログラムとにより実行される。キャリブ
レーションプログラムは、車両の運転手によりユーザー
インターフェイス34からキャリブレーション要求を入力
して開始される。開始点80から、センサは、車両が動き
始めたか否かを判断ステップ82で判断するよう読み取ら
れる。この質問の答えがノーの場合、「ノー」経路86が
ジャイロスコープゼロキャリブレーションステップ88へ
導き、そこでジャイロスコープ出力信号がゼロ読み取り
を得るために読み取られる。経路90に従うと、判断ステ
ップ82に再度戻り、プロセッサは、再度車両が動き始め
たか否かを判断するようセンサを読み取る。一旦、ゼロ
読み取りが得られると、円形経路内の車両の移動が開始
され、「イエス」経路84がセンサ読み取りステップ92へ
と導く。
センサ読み取りステップ92において、地磁気センサ16
と角速度センサ14との出力が読み取られ、センサ16のＸ
とＹの値が得られて角速度読み取りと対応される。角速
度センサの出力を用いて、総方角（total bearing）
が、予め決められた換算係数を用いてステップ96で算出
される。センサがまだキャリブレートされていないた
め、換算係数は、誤差を含んでいる。これは、角速度セ
ンサが車両が少なくとも400°動いたことを示すまで車
両を移動させることにより補正され、これにより少なく
とも10％の換算係数内の誤差を受け入れることができ
る。
センサ16の現在のＸ出力およびＹ出力は、記憶された
値と比較され（ステップ98）、各少ない値と多い値はＸ
とＹ方向の両方における最小および最大値としてそれぞ
れ記憶される。第１の経路において、最初の所定の値
は、最大値および最小値に用いられる。それらの最小値
および最大値に対応する角速度またはジャイロスコープ
出力信号もまた記憶される。プロセッサは、ステップ92
に戻り、車両が少なくとも400°移動するまでデータ収
集および比較を繰り返す（ステップ100）。
総方角が400°よりも大きくなれば、絶対方位測定曲
線の中心および半径が算出サレ（ステップ106）、相対
方位センサの換算定数が上述したように算出される。特
別なキャリブレーション器具、車両からのセンサの取り
外しまたは両方のセンサの前キャリブレーションを必要
とすること無く２つのセンサのキャリブレーションが行
われた。
図８は、図７のステップ88のジャイロスコープゼロキ
ャリブレーションを更に詳しく図示する。ゼロキャリブ
レーション手順の間、車両は停止状態にある。ジャイロ
スコープ出力中のノイズを調整するため、ゼロ読み取り
は、ジャイロスコープ出力の複数のサンプルを平均する
ことにより算出される。これは、ゼロ読み取り算出を更
に信頼性のあるものとする。従って、ステップ110にお
いて、ジャイロスコープ出力信号Ｇは、第１サンプル数
Ｎ＝１として読み取られる。ステップ112において、ゼ
ロ読み取りGOは、出力信号読み取りＧをＮ＝０である前
のゼロ読み取り値に適用し、合計をサンプル数Ｎで割る
ことにより算出される。同時に、センサ出力におけるノ
イズdGの振幅は、現在の出力信号読み取りと最近のゼロ
読み取りGO計算との差異の絶対値として算出される。
判断ステップ114では、ノイズdGの現在の値は、経験
的に所定の値に当初に定められた最大ノイズ振幅値dGma
xと比較される。dGがdGmaxよりも大きい場合、「イエ
ス」経路118がステップ120へ導く。ステップ120におい
て、dGmaxがdGの最大ノイズ値に設定される。そして、
経路22がゼロキャリブレーション処理開始へ戻すように
導く。一方、dGがdGmaxより大きくない場合、「ノー」
経路116が判断ステップ114からゼロキャリブレーション
処理開始へ戻すように導く。この処理工程は、図７の判
断ステップ82に示されるように、車両が動き始めるまで
複数のセンサ出力読み取りを得るよう繰り返される。
車両が動き始めると、「イエス」経路84は、図７に示
されたように判断ステップ82からステップ92へ導く。ス
テップ92で、コンパスおよびジャイロスコープ信号が読
み取られる。その後、ステップ96で、総方角が算出され
る。この総方角算出処理は、図９に更に詳しく示されて
いる。車両が一回転しはじめると、ジャイロスコープは
角変位を測定するのに用いられる。これを行うため、ス
テップ126に示されたように、ゼロ読み取りは、まずジ
ャイロスコープ出力信号から引かれる。判断ステップ12
8で、この差Ｂの絶対値は、最大ノイズ値dGmaxと比較さ
れる。差Ｂの絶対値がdGmaxよりも小さい場合、車両
は、停止していると考えられ、「イエス」経路130がス
テップ132に導くことによりこの差は計算から省かれ、
ステップ132で差Ｂの絶対値はゼロに設定される。ノイ
ズ値dGmaxよりも小さいセンサ読み取りを除去する技術
は、しばしば「デッドゾーン」技術と呼ばれ、角速度測
定ノイズの蓄積を防ぐために用いられる。差Ｂの絶対値
がdGmaxよりも小さくない場合、「ノー」経路134がシテ
ップ138へと導く。総方角は、換算定数KGとして所定の
キャリブレートされていない値を掛けた差Ｂに最初にゼ
ロで設定された総方角としての現在の値を足すことによ
り算出される。算出された総方角は、キャリブレーショ
ン工程開始から車両が回転した総計の角度を示す。
図７のステップ96で総方角が算出された後、コンパス
出力の最大値および最小値は、ジャイロスコープ出力に
おける対応する最大値および最小値と同様に、ステップ
98で算出される。この処理は、図10に示される。まず、
コンパス信号のＸ成分が判断ステップ140で事前設定さ
れた値Xmaxと比較され、Xmaxは、コンパス出力信号のＸ
成分の最大値である。ＸがXmaxよりも大きい場合、「イ
エス」経路142がステップ146に導き、ステップ146で、X
maxは、Ｘの値が割り当てられる。更に、この位置で、
ジャイロスコープ出力信号の対応する値、gyro Xmax
は、この位置の総方角の値が割り当てられる。ＸがXmax
よりも大きくない場合、「ノー」経路144がステップ140
から判断ステップ148に導く。ステップ148では、Ｘがコ
ンパス出力信号のＸ成分の最小値Xminとして事前設定の
値と比較される。ＸがXminより小さい場合、「イエス」
経路150がステップ152に導き、ステップ152で、Xminは
Ｘの値が与えられ、対応するgyro Xninには、この位置
の総方角の値が割り当てられる。
Ｘが判断ステップ148でXminよりも小さくない場合、
もしくはＸが実際Xminよりも小さく、ステップ152に導
かれた場合、「ノー」経路154もしくは経路153が判断ス
テップ156に導く。ここで、コンパス出力信号のＹ値
は、磁界のＹ成分の最大値Ymaxの現在の値と比較され
る。ＹがYmaxよりも大きい場合、「イエス」経路158が
ステップ160へ導き、ステップ160で、Ymaxは値Ｙに設定
され、対応するジャイロスコープの値gyro Ymaxは、こ
の位置の総方角の値が割り当てられる。ＹがYmaxより大
きくない場合、「ノー」経路162が判断ステップ164に導
く。このとき、磁界のＹ成分の値が、Ｙ方向の磁界の最
小値、事前設定の値Yminと比較される。ＹがYminよりも
大きい場合、「イエス」経路166がステップ168へ導く。
そこで、Yminは、Ｙの値が与えられ、対応するryro Ymi
nの値には、その位置の総方角の値が割り当てられる。
Ｙが判断ステップ164でYminよりも大きくなかった場
合、「ノー」経路170が、もしくは二者択一的に経路169
が、ステップ168から導いて処理を終了する。
図10にしめされた工程は、コンパス出力測定曲線が図
６に図示されるように傾いた楕円形であるところでは、
わずかな修正を必要とすることを記しておく。修正処理
は、図11に示される。方法論は、ＸおよびＹ方向におけ
る各最大値および最小値として、補正的方向の対応する
成分が、図に示されるように、XmaxにおけるP1Y、Xmin
におけるP3Y、YmaxにおけるP2X、およびYminにおけるP4
Xとして記憶されなければならないことを除いては、基
本的に傾いていない楕円と同様である。P1、P2、P3およ
びP4は、図６に図示された最大点および最小点に対応す
る。座標（Mmax,P1Y）、（Xmin,P3Y）、（P2X,Ymax）お
よび（P4X,Ymin）が求められると、それらの最大値およ
び最小値のどの２つも次の周知の一般式で回転楕円に代
用され、キャリブレーションに必要な半径ａおよびｂと
傾きの角度αとを決定する。
Xmin、Xmax、Ymin、Ymaxおよびジャイロスコープ出力
の対応する値が決定される図７のステップ98の後、図７
の判断ステップ100に到達する。この時点で、総方角
は、常に400°に設定される所定の値と比較される。基
本的な目的は、車両が少なくとも完全に一周することを
確実にすることである。総方角が400°よりも大きくな
るまで、「ノー」経路102がステップ92か98までを繰り
返すように導く。総方角が400°を越えたとき、「イエ
ス」経路104が図12により詳しく図示されたステップ106
に導く。この段階で、コンパス出力信号の最大値および
最小値は、コンパス測定曲線の半径および中心を決定す
るために用いられる。このようにして、ステップ108に
示されたように、中心のＸコーディネート、X0は、コン
パス出力信号のＸ成分の最大値および最小値を足し、そ
の合計を２で割って算出される。同様に、中心のＹコー
ディネートは、Ｙ方向における最大および最小出力信号
の合計を２で割ったものである。Ｘ方向における曲線の
半径は、Ｘ方向における最大値と最小値との差を２で割
ったものであり、一方Ｙ方向における半径は、Ｙ方向に
おける最大値と最小値との差を２で割ったものである。
２つの最大−最小の対とそれらの角度関係が分かって
いるので、ジャイロスコープの換算定数の２つの値を決
めることができる。第１の値KG1は、Xmaxとgyro Xminと
の差の絶対値を180°で割ったものである。第２の値KG2
は、gyro Ymaxからgyro Yminを引いた絶対値を180°で
割ったものである。それら２つの値KG1とKG2は、平均さ
れて、換算定数KGとして最終の値に到達する。これで、
キャリブレーション工程は終了する。
本発明は、更に、上述したキャリブレーション方法を
実行する手段を有する方向センサを提供する。図２を再
度参照すると、地磁気センサ16と角速度センサ14との出
力信号は、センサ/GPSインターフェース40で計算手段20
により受け入れられる。ROM44に記憶されたソフトウエ
アプログラムを実行するCPU42は、上述した操作を行う
ためデータバス50を介してインターフェース40でセンサ
出力データをサンプリングできる。最終キャリブレーシ
ョン値X0,Y0,a,b,G0およびKGに加えてG0,dG,dGmax,総方
角、Xmax,Xmin,Ymax,Ymin,gyro Xmaxなどの変数の値
は、RAM46もしくは記憶媒体48で記憶できる。最終キャ
リブレーション値は、通常記憶媒体48に保持される。そ
こで、最終キャリブレーション値は、CPU42により検索
され、地磁気センサ16および角速度センサ14の出力信号
に応用され、出力の方位を算出する。
本発明は、特別な実施例に関して記述されたが、記述
は本発明を例証するものであり、本発明を限定するもの
ではない。様々な修正および応用が、添付の請求の範囲
で画定された本発明の趣旨および範囲を逸脱することな
く当業者により行われてもよい。例えば、キャリブレー
ションの間、車両は、いくらかの余裕で360°よりも多
ければ、400°以外で回転してもよい。完全な円を越え
た時、運転者が入力するなど、角度比率センサ以外の入
力が400°回転したときを決定するのに用いられてもよ
い。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−109316（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−502215（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−173813（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−2678（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−240510（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−293516（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−290508（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−500618（ＪＰ，Ａ) 特公 昭62−30364（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】絶対方位センサをも有するシステム内の相
    対方位センサをキャリブレートする方法であって、その
    方法は、 少なくとも360°の角度、前記センサを回転する工程
    と、 前記回転工程の間、複数の点の各々において前記絶対方
    位センサを読み取る工程と、 前記点の各々において前記相対方位センサを読み取る工
    程と、 少なくとも第１の方向において最大絶対方位と最小絶対
    方位とを求める工程と、 前記最大絶対方位に対応する点における第１の相対方位
    読み取りと前記最小絶対方位に対応する点における第２
    の相対方位読み取りとの差を算出する工程と、 第１の相対方位換算係数を得るため前記差を180°で割
    る工程とからなる方法。
  2. 【請求項２】前記センサが回転した角度を検出するため
    前記相対方位センサをモニタリングする工程を更に有す
    る請求項１の方法。
  3. 【請求項３】前記絶対方位センサは、地球磁場センサか
    らなり、前記地球磁場センサは、前記第１の方向および
    前記第１の方向に垂直な第２の方向において磁界を測定
    でき、前記第１および第２の方向における前記磁界に比
    例する第１および第２の出力信号を発生し、前記最大お
    よび最小絶対方位は、前記第１出力信号において第１の
    最大値および第１の最小値であることを特徴とする請求
    項２の方法。
  4. 【請求項４】前記相対方位センサをキャリブレートする
    と同時に前記地球磁場センサをキャリブレートすること
    を更に有し、前記地球磁場センサのキャリブレーション
    は、 前記第２の出力信号における第２の最大値および第２の
    最小値とを求める工程と、 所定の起点に対して前記地球磁場センサの測定曲線の中
    心を決定する工程とからなり、前記測定曲線は、地磁気
    センサが約360°回転したとき前記第１の出力信号の関
    数として前記第２の出力信号により画定され、 X0＝（Xmax＋Xmin）/2 Y0＝（Ymax＋Ymin）/2 により前記中心が画定され、上記式において、X0は、中
    心における第１の出力信号であり、Y0は、中心における
    第２の出力信号であり、Xmaxは、第１の最大値であり、
    Xminは、第１の最小値であり、Ymaxは、第２の最大値で
    あり、Yminは、第２の最小値であることを特徴とする請
    求項３の方法。
  5. 【請求項５】前記測定曲線の第１および第２の半径を決
    定する工程を更に含み、前記測定曲線は、楕円形であ
    り、前記第１および第２の半径は、 ａ＝（Xmax−Xmin）/2 ｂ＝（Ymax−Ymin）/2 で画定され、上記式において、ａは、第１の半径であ
    り、ｂは、第２の半径であることを特徴とする請求項４
    記載の方法。
  6. 【請求項６】第２の方向における第２の最大方位と第２
    の最小方位とを求める工程と、 前記第２の最大値に対応する点における第３の相対方位
    読み取りと前記第２の最小値に対応する点における第４
    の相対方位読み取りとの第２の差を算出することによっ
    て第２の相対方位換算定数を求める工程とを更に含み、
    前記第２の相対方位換算定数は前記第２の差を180°で
    割ったものであることを特徴とする請求項１記載の方
    法。
  7. 【請求項７】前記第１および第２の相対方位換算定数
    は、最終相対方位換算定数に到達するよう平均されるこ
    とを特徴とする請求項６記載の方法。
  8. 【請求項８】ゼロ読み取りを得るため前記回転する工程
    の前に静止した位置で前記相対方位センサから相対方位
    を読み取ることを更に含むことを特徴とする請求項１記
    載の方法。
  9. 【請求項９】ネット出力信号を得るため前記相対方位セ
    ンサの出力信号から前記ゼロ読み取りを引くことと、相
    対方位を得るため前記ネット出力信号に前記相対方位換
    算定数を適用することとを更に含むことを特徴とする請
    求項８記載の方法。
  10. 【請求項１０】所定の方向と、前記中心と点（X,Y）と
    を連結する第１の線との間の角度と等しい絶対方位を決
    定することを更に含み、ここにおけるＸは、前記第１の
    出力信号であり、Ｙは、前記第２の出力信号であること
    を特徴とする請求項５記載の方法。
  11. 【請求項１１】前記相対方向センサは、ジャイロスコー
    プであることを特徴とする請求項１の方法。
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