JPH01260311A - 自動車等の方位センサ - 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、地磁気センサを備え、例えばナビゲーション
システムに使用される自動車等の方位センサに関する。

（従来の技術） この種自動車等の方位センサの一例として、地磁気セン
サを用いたものが供されており、これを第４図乃至第６
図に示す。この第４図において、１は磁気コアで、これ
は強磁性体たる例えばトロイダル状（円環状）をなすパ
ーマロイよりなり、第５図に示すように磁界Ｈと磁束密
度Ｂの特性が急峻即ち高透磁率であり飽和特性がはっき
りしている。２はこの磁気コア１に巻装された励磁コイ
ルで、これは交流電源３からの交流電圧を受けて上記磁
気コア１に交番磁界を発生させる。４及び５は互に直交
するように磁気コア１に巻装された検出コイルで、これ
らは磁気Ｈｅの直交する２軸たるＸ軸、Ｙ軸方向の磁気
成分Ｈｘ及びＨｙに比例した検出値例えば出力電圧Ｖｘ
及びｖｙを夫々出力する。そして、このように構成され
た地磁気センサ６を、地磁気に対して１回転させると、
その出力電圧（Ｖｘ、Ｖｙ）は第６図に示すような一円
を描く。従って、地磁気センサ６の各検出コイル４，５
から出力電圧（ｖ　ｘ、　　ｖ　ｙ）が得られると、地
磁気に対する地磁気センサの方位角θ（地磁気と地磁気
センサのＹ軸とのなす角）は、次式％式％ ところで、自動車等の車体は一般的に鉄板等から構成さ
れているため、この鉄板が着磁されることにより車体自
体が磁気を帯びている。このため、上記地磁気センサ６
は、地磁気と上記車体の磁気との合成磁気を検出するか
ら、該車体の磁気の影響を補正する必要がある。この場
合、自動車を一周させてその車体を１回転腕回させる即
ち地磁気センサ６を１回転させると、地磁気センサ６か
ら出力される出力電圧（Ｖｘ、Ｖｙ）は、第７図に示す
ような円を描く。この円の中心Ｏ′を新涼点とするよう
に、上記出力電圧（Ｖｘ、Ｖｙ）を補正すれば、正しい
方位角θが前記式に基づいて算出される。この場合、従
来より上記円とＸ軸、Ｙ軸との各交点ｖ１　＊　Ｖ２　
＊　”３　ｒ　ｖ４が地磁気センサ６から出力されたと
き、新涼点０′の位置（座標）を算出して求めるように
している。

（発明が解決しようとする課題） 上記従来構成では、地磁気センサ６から出力される出力
電圧（Ｖｘ、Ｖｙ）を補正するために、自動車即ち地磁
気センサ６を略１回転させてＸ軸。

Ｙ軸との交点ｖ１　＋　ｖ２　＋　ｖ３　ｒ　ｖ４を求
め、これらから新涼点Ｏ′を算出して補正する構成であ
る。これに対して、自動車は通常の走行経路においては
一周して１回転することが希であるから、上記のような
補正を行なう回数がかなり少なくなる。このため、自動
車が電車の踏切を渡ったとき等に電場或は磁場の影響を
受けて車体の磁気が変動し易い事情にあることから、地
磁気センサ６即ち方位センサの検出精度が低くなる問題
点があった。特に、車体の磁気が大きくて新涼点０′が
原点０に対して大きくずれた場合、即ち出力電圧（Ｖｘ
、Ｖｙ）の描く円がＸ軸、Ｙ軸と交わらない場合（第８
図参照）には、使用者たる運転手に対して地磁気センサ
６の補正を行なう必要がある旨を報知し、該運転手に補
正実行キーを操作させた上で自動車を１回転腕回させる
運転を促すようにしており、これによってＸ軸、Ｙ軸か
ら所定距離だけ離れた仮想Ｘ軸、Ｙ軸を設定し、これら
仮想Ｘ軸、Ｙ軸と上記円との各交点を求め、該各文点か
ら新涼点０′を算出する。これでは補正操作のための１
回転腕回運転が必要であった。

そこで、本発明の目的は、車体を略１回転旋回させなく
ても地磁気センサの検出値の補正を行なうことができ、
その補正回数を増やして方位センサの検出精度を向上で
きると共に、該補正を自動的に行ない得て使用者の使い
勝手を向上できる自動車等の方位センサを提供するにあ
る。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明の自動車等の方位センサは、直交する２軸方向の
各々の磁気成分に比例した２つの検出値を出力する地磁
気センサを設けると共に、自動車等の左、右車輪のそれ
ぞれの回転数或は回転角速度を検出する回転検出手段を
設け、更に、車体が旋回したとき前記回転検出手段から
の検出値に基づいて前記車体の旋回角を算出する旋回角
度算出手段を設け、加えて、この旋回角度算出手段から
の旋回角度算出値並びにその旋回角度の開始点及び終了
点における前記地磁気センサからの各検出値によってそ
の地磁気センサの検出値の補正を行なう補正手段を設け
たところに特徴を有する。

（作用） 車体が旋回したとき、旋回角度算出手段によって回転検
出手段からの検出値に基づいて車体の旋回角が算出され
る。これに加えて、補正手段によって、旋回角度算出手
段からの旋回角度算出値並びにその旋回角度の開始点及
び終了点における地磁気センサからの各検出値に基づい
てその地磁気センサの検出値の補正が行なわれる。これ
によって、車体が所定の旋回角度だけ旋回する毎に地磁
気センサの補正が行なわれるようになるから、従来のも
のに比べてその補正回数が増え、方位センサの検出精度
が向上する。また、旋回角度を算出すると共に、その旋
回角度の開始点及び終了点における地磁気センサからの
各検出値に基づいてその地磁気センサを補正する構成で
あるから、使用者に対して補正のための面倒な作業を強
いることがなくなり、使い勝手が向上する。

（実施例） 以下、本発明の一実施例につき第１図乃至第３図を参照
しながら説明する。

まず第１図において、１１は地磁気センサで、これは、
従来構成の第４図に示したものと同一に構成されており
、磁気コア、１．励磁コイル２．交流電源３及び検出コ
イル４，５を有している。この地磁気センサ１１は、磁
気Ｈｅの直交する２軸たるＸ軸及びＹ軸方向の磁気成分
Ｈｘ及びＨ）／に比例した２つの検出値たる例えば出力
電圧Ｖｘ及びｖｙを夫々検出コイル４，５から出力する
ようになっている。１２は回転検出手段で、これは左車
輪回転検出手段１３及び右車輪回転検出手段１４により
構成されている。ここで、左車輪回転検出手段１３及び
右車輪回転検出手段１４は、第２図にも示すように、自
動車等の例えば後側の左車輪１５及び右車輪１６のそれ
ぞれの回転数或は回転角速度を検出するものであり、こ
の場合、検出値として例えば左車輪回転角速度信号ｓＬ
及び右車輪回転角速度信号ＳＲをそれぞれ出力する。さ
て、１７は例えばマイクロコンピュータよりなる演算制
御回路で、これは、旋回角度算出手段及び補正手段の各
機能を含２んで構成されており、地磁気センサ１１から
の出力電圧（Ｖ　ｘ、　Ｖ　）’　）　、並びに左車輪
回転検出手段１３及び右車輪回転検出手段１４からの左
車輪回転角速度信号ｓＬ及び右車輪回転角速度信号ＳＲ
をそれぞれ受けるようになっている。以下、旋回角度算
出手段及び補正手段の各機能について詳述する。

まず旋回角度算出手段においては、車体が旋回したとき
、左車輪回転検出手段１３及び右車輪回転検出手段１４
からの各左車輪回転角速度信号ＳＬ及び右車輪回転角速
度信号ＳＲを受けてこれら信号ＳＬ、ＳＲに基づいて、
車体の旋回角を算出する。具体的には、第２図に示すよ
うに、車体が旋回したとき、左車輪１５と右車輪１６が
それぞれ描く軌跡ＤＬ及びＤＲの各長さが相違する。例
えば車体が左旋回すると、軌跡ＤＬが軌跡ＤＲよりも短
くなる。そして、この場合、両車軸１５゜１６の各半径
が等しいことから、両車軸１５．１６のそれぞれの回転
数或は回転角速度が相違することになる。この結果、車
体が旋回角度αだけ旋回すると、その旋回角度αは次式
のようになる。

ａ−ｆ　（ｒ／ｄ）　　（ωＬ−ω＊　）　ｄ　を但し
、ｒは車輪１５．１６の半径、ｄは両車軸１５．１６間
の距離、ωＬは左車輪１５の回転角速度、ωＲは右車輪
１６の回転角速度、ｔは時間である。尚、この場合、左
車輪回転検出手段１３及び右車輪回転検出手段１４とし
ては、車輪１５及び１６の回転角速度に応じた電圧信号
或は周波数信号を発生する発電機等を用いている。

次に前記補正手段においては、上記旋回角度算出手段か
らの旋回角度算出値たる上記式で算出された旋回角度α
と、この旋回角度αの開始点及び終了点における地磁気
センサ１１からの各出力電圧（Ｖｘｌ　、ｖｙｌ　）、
（Ｖｘｚ　、ＶＹｚ　）とを受けてこれらによって、地
磁気センサ１１からの出力電圧Ｖｘ、Ｖｙの補正を行な
う。具体的には、車体が１回転旋回したとき地磁気セン
サ１１からの出力電圧（Ｖｘ、Ｖｙ）が第３図に示すよ
うな円を描く場合について適用してみるに、この第３図
において、車体が旋回角度αだけ旋回した場合、この旋
回角度αの開始点及び終了点における地磁気センサ１１
からの各出力電圧（Ｖｘｌ　、　’／）’ｌ　）、（Ｖ
ｘ２．Ｖ）’ｚ）は例えば夫々上記円の軌道上の点Ｐ１
＋点Ｐ２となる。この場合、旋回角度αの開始点Ｐ１に
おいては、車体の左、右車輪１５．１６の回転角速度の
差の絶対値１ωＬ−ωＲ１が所定の設定値を越えたとき
の地磁気センサ１１からの出力電圧（Ｖｘｌ、Ｖｙｔ　
）が補正手段に設定される。そして、車体が旋回角度α
だけ旋回した後、この旋回角度αの終了点Ｐ２において
は、車体を直進状態に移行させるためにその左。

右車輪１５．１６の回転角速度の差の絶対値１ωＬ−ω
Ｒ１が小さい設定値よりも小さくなり、このときの地磁
気センサ１１からの出力電圧（Ｖｘ−ｚ、Ｖ）’ｚ）が
補正手段に設定される。而して−Ｊ上記円の中心たる新
原点０’　　（Ｖ　Ｘ　ｏ　＊　Ｖ　Ｆ　ｏ　）は、上
述した旋回角度α及び出力電圧（Ｖｘｌ。

Ｖ）’ｔ　）、（ＶＸ２　、Ｖ）’２）によって次の２
式のように与えられる。

ここで、上記２式によれば、新涼点Ｏ′として２つの新
涼点が計算されるが、この場合、点Ｐ１と点Ｐ２との間
に位置する点Ｐ３を地磁気センサ１１から求めておき、
この点Ｐ３と２つの新涼点との間の各距離を比較し、該
距離の長い方を新涼点Ｏ′とすれば良い。そして、この
新涼点０′（Ｖｘｇ　、　ＶＦ’ｏ　）に基づいて地磁
気センサ１１の出力電圧Ｖｘ、Ｖｙの補正を行なう。こ
の結果、地磁気に対する車体即ち地磁気センサ１１の方
位角度θ（地磁気と地磁気センサ１１のＹ軸とのなす角
）は次式で与えられるようになる。

このような構成の本実施例によれば、次のような効果を
得ることができる。即ち、旋回角度算出手段によって、
車体が旋回したとき、左車輪回転検出手段１３及び右車
輪回転検出手段１４からの左車輪回転角速度信号ｓＬ及
び右車輪回転角速度信号ＳＲに基づいて、車体の旋回角
度αを算出した後、補正手段によって、上記旋回角度α
並びにこの旋回角度αの開始点Ｐ！及び終了点Ｐ２にお
ける地磁気センサ１１からの各出力電圧（Ｖｘｌ。

Ｖｙ＊）、（ＶＸ２．ＶＦ６）によって、地磁気センサ
１１からの出力電圧（Ｖｘ、Ｖｙ）の補正を行なうよう
に構成したので、車体が旋回角度αだけ旋回する毎に地
磁気センサ１１の補正が行なわれる。このため、自動車
等が交差点を曲がる場合、通常路９０度程度車体が旋回
するものであるから、上記旋回角度を９０度よりも小さ
い角度に適宜設定しておけば、交差点を曲がる毎に地磁
気センサ１１の補正が行なわれるようになり、車体を略
１回転させて補正を行なう従来（第７図参照）に比べて
、補正の回数を増やすことができ、それだけ地磁気セン
サ１１即ち方位センサの検出精度を向上できる。また、
使用者に対して地磁気センサ６の補正を行なうための特
別な操作を強いる従来（第８図参照）に比べて、このよ
うな場合においても、第３図に示すように車体が旋回角
度αだけ旋回する毎に地磁気センサ１１の補正が行なわ
れるから、使用者に対して補正のための特別な操作を強
いることがなくなり、その補正を自動化でき、使い勝手
を向上できる。

更に、鉄橋或は大きな建物等の影響により地磁気が乱れ
たり、外乱的な磁気が作用したりする場合、上記実施例
においては、地磁気センサ１１からの出力電圧（Ｖｘ、
Ｖｙ）の値は変化するが、車体の進行方向が変化してい
ないので、左、右車輪１５．１６の回転角速度の差の絶
対値１ωＬ　−ωＲ１はＯとなる。従って、この回転角
速度の差の絶対値１ωＬ−ωＲ１が０のとき即ち車体が
旋回していないときに、地磁気センサ１１からの出力電
圧（Ｖｘ、Ｖｙ）の値が変化した場合、地磁気が乱れた
り或は外乱的な磁気が作用したりしたことがわかるため
、この場合には、地磁気センサ１１による磁気検出を無
視してそれ以前の方位を保持することができる。

尚、上記実施例においては、回転検出手段１２の左車輪
回転検出手段１３及び右車輪回転検出手段１４として、
左車輪１５及び右車輪１６の各回転角速度ωＬ及びωＲ
を検出するものを用いたが、これに代えて、回転検出手
段の左車輪回転検出手段及び右車輪回転検出手段として
、左車輪及び右車輪の各回転数を検出するものを用いて
も良く、この場合、例えば左車輪及び右車輪が所定角度
回転する毎にパルス信号を発生するパルス発生手段を回
転検出手段として設け、車体の旋回角度αを次式で算出
する。

ａ−２ｙｒ　（ｒ／ｄ）（１／ｎ）（ＮＬ　−ＮＲ）但
し、ｎは車輪１５．１６の１回転当りの出力パルス数、
ＮＬは左車輪１５から出力された出力パルス数、ＮＲは
右車輪１６から出力された出力パルス数である。尚、こ
の場合、出力パルス数ＮＬ。

ＮＲと前述した回転角速度ωＬ、ωＲとの関係は次式で
定義される。

ωＬ　＝　（２ｙｒ／　ｎ）　　（１／　ｔ　Ｌ　）（
ＪＪＲ−（２π／ｎ）（１／ｌ＊　）但し、ｊＬは左車
輪１５から出力されたパルス信号の１パルス分の時間、
ｔＲは右車輪１６から出力されたパルス信号の１パルス
分の時間である。

また、上記実施例では、地磁気センサとして環状の磁気
コア１よりなる地磁気センサ１１を用いたが、代わりに
棒状の磁気コアをＸ軸、Ｙ軸にそれぞれ設けてなる地磁
気センサを用いても良い。

更に、地磁気センサとして磁気コア１及び検出コイル４
，５により構成された地磁気センサ１１を用いたが、こ
れに限られるものではなく、例えばホール素子或は磁気
抵抗素子により構成された地磁気センサを用いても良い
。更にまた回転検出手段１２によって後側の左車輪１５
及び右車輪１６の回転数或は回転角速度を検出したが、
前側（操舵側）の左車輪及び右車輪の回転数或は回転角
速度を検出するようにしても良く、本発明の要旨を逸脱
しない範囲で種々変形して実施できることは勿論である
。

［発明の効果］ 本発明は以上の説明から明らかなように、直交する２軸
方向の各々の磁気成分に比例した２つの検出値を出力す
る地磁気センサを設けると共に、自動車等の左、右車輪
のそれぞれの回転数或は回転角速度を検出する回転検出
手段を設け、更に、車体が旋回したとき前記回転検出手
段からの検出値に基づいて前記車体の旋回角を算出する
旋回角度算出手段を設け、加えて、この旋回角度算出手
段からの旋回角度算出値並びにその旋回角度の開始点及
び終了点における前記地磁気センサからの各検出値によ
ってその地磁気センサの検出値の補正を行なう補正手段
を設ける構成としたので、車体を略１回転旋回させなく
ても地磁気センサの検出値の補正を行なうことができ、
その補正回数を増やして方位センサの検出精度を向上で
きると共に、該補正を自動的に行ない得て使用者の使い
勝手を向上できるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は本発明の一実施例を示すもので、第
１図は電気的構成図、第２図は車体が旋回したときの左
車輪及び右車輪の軌跡を示す図、第３図は地磁気センサ
の出力電圧を示す特性図である。また、第４図乃至第８
図は従来構成を示すもので、第４図は地磁気センサの概
略正面図、第５図は磁気コアのＢ−Ｈ特性を示す図、第
６図乃至第８図は夫々地磁気センサの出力電圧を示す特
性図である。 図面中、１１は地磁気センサ、１２は回転検出手段、１
５は左車輪、１６は右車輪、１７は演算制御回路（旋回
角度算出手段、補正手段）を示す。 出願人　株式会社東海理化電機製作所 第　２　図 第　３　図 ち ｆｉ４図　　　　　第５図　　　゛ 第６図　　　　第７図 第８図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、直交する２軸方向の各々の磁気成分に比例した２つ
   の検出値を出力する地磁気センサと、自動車等の左、右
   車輪のそれぞれの回転数或は回転角速度を検出する回転
   検出手段と、車体が旋回したとき前記回転検出手段から
   の検出値に基づいて前記車体の旋回角を算出する旋回角
   度算出手段と、この旋回角度算出手段からの旋回角度算
   出値並びにその旋回角度の開始点及び終了点における前
   記地磁気センサからの各検出値によってその地磁気セン
   サの検出値の補正を行なう補正手段とを具備してなる自
   動車等の方位センサ。