JPH03154821A - 地磁気センサデータの処理装置 - 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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は地磁気センサデータの処理装置に関し、さらに
詳細にいえば、絶対方位センサとしての地磁気センサ、
および相対方位センサを使用して車両の方位を検出し、
距離センサから求めた走行距離データと合わせて車両の
現在位置を検出する車両位置検出装置において用いられ
る地磁気センサデータの処理装置に関するものである。

〈従来の技術〉 従来から、道路交通網の任意の箇所を走行している車両
の位置を検出する方式として、距離センサと、１つの方
位センサ（絶対方位センサ、または相対方位センサ）と
、両センサからの出力信号に必要な処理を施す処理装置
とを具備し、車両の走行に伴なって生ずる距離変化量Δ
Ｊ１および方位θを積算しながら車両の現在位置データ
を得る推測航法（Ｄｅａｄ　Ｒｅｃｋｏｎｉｎｇ）が提
案されている。

この方式は、ΔＪおよびθに基いて、例えばΔノの東西
方向成分ΔＸ（−△ＪＸｃｏｓθ）および南北方向成分
Δｙ（−Δｊｘｓ１ｎθ）を算出し、従前の位置データ
（Ｐｘ’、　　Ｐｙ’）に対して上記各成分ΔＸ、Δｙ
を加算することにより、現在の位置データ（ＰＸ、ＰＦ
）を求める方式であるが、距離センサ、および方位セン
サが必然的に有している誤差が走行継続に伴なって累積
され、得られる現在位置データに含まれる誤差が累積さ
れてしまうという欠点がある。

そこで、方位センナとして、相対方位センサと、地磁気
を検出して車両の絶対方位を知る地磁気センサとの２つ
の方位センサを利用し、両方のデータを使って方位検出
の精度を上げる位置検出装置が考えられている。

しかし、地磁気センサは微弱な地球磁界の強さを検出す
るものであり、そのデータには誤差が伴う。その誤差の
発生原因には、（１）車体の着磁によるものと、（２）
走行中の磁界の乱れによるものとがある。

前者（１）の対策としては、車両を周回させて地磁気セ
ンサの初期化をすることにより、方位円の中心値を補正
し着磁の影響を取り込んでしまう方法（特開昭５７−２
８２０８号公報参照）や、走行中の車体着磁を自動的に
検出し、その着磁補正も、特別な走行をせずに運転者が
意識することなく自動的に処理する方法（特開平１−９
８９２０号公報参照）が知られている。

後者■の走行中の磁界の乱れは、特に、踏切通過時、電
カケープル埋設場所、鉄橋通過時、防音壁のある高速道
路通過時等に大きく現れ、この場合、データに大きな誤
差が含まれることになる。

したがって、このような磁界の乱れを含んだ地磁気セン
サデータを的確に検出して排除しなければ、正しい方位
を求めることができない。

そこで、地磁気センナの出力データの変動を許容する許
容範囲を設定し、今回のデータが前回求めたデータを基
準とした許容範囲に入らない場合、そのデータをエラー
として扱い、所定のデータ例えば過去数回のデータの平
均値に置き換えることにより、地磁気センサの出力デー
タの信頼性を高める方式が提案されている（特開昭ａｓ
−ｔ　１８０９号公報参照）。

〈発明が解決しようとする課題〉 ところが、上記の地磁気センサデータの処理方式では、
「許容範囲」というものが予め固定されている。そのた
め、走行地域や温度条件により地磁気の変動幅が異なっ
ていて方位円の半径に地域や温度固有の変動がある場合
であっても「許容範囲」が画一的なために、地磁気セン
サデータの信頼性が不当に評価されてしまうという問題
がある。

また、例え走行地域や温度による地磁気の変動が異なっ
ていない場合でも、上記「許容範囲」は車両固有の値で
あるため、簡単な初期設定ではとうてい正しい値を求め
ることができず、やはり地磁気センサデータの信頼性が
不当に評価されてしまうという問題がある。

そこで、本発明は、上記方位円半径の変動や初期設定誤
差に係わらず、地磁気センサの出力データを正しく評価
し、車両の位置検出を正確に行うことができる、言わば
学習機能を有する地磁気センサデータの処理装置を提供
することを目的とする。

く課題を解決するための手段、および作用〉上記の目的
を達成するための請求項１記載の池。

磁気センサデータの処理装置は、過去の実走行における
多数の地磁気センサデータに基づき方位円半径の分布を
求める第１の計算手段と、方位円半径の分布から方位円
半径の値を求める第２の計算手段と、方位円半径の分布
のばらつきから、地磁気センサデータの方位円半径から
の許容範囲を求める第３の計算手段と、走行中に収集さ
れる地磁気センサデータのうちその許容範囲に入るもの
の割合を求めることにより、地磁気センサデータの評価
を行う地磁気センサ判定手段とを有するものである。

上記第２の計算手段により求める方位円半径の値は、方
位円半径の分布の平均値であってもよく、ピーク値であ
ってもよい。

第３の計算手段により求める方位円半径からの許容範囲
は、方位円半径の分布の標準偏差σであってもよく、ま
た標準偏差σに関連して算出される一定の値であっても
よい。

過去の実走行における多数の地磁気センサデータとは、
過去の一定走行時間、一定走行距離において収集された
データでもよく、過去に収集されたすべてのデータでも
よい。

上記の構成の地磁気センサデータの処理装置によれば、
過去の実走行における多数の地磁気センサデータに基づ
き方位円半径、方位円半径からの許容範囲を求めること
ができ、走行中に収集される地磁気センサデータのうち
その許容範囲に入るものの割合を求めることにより、地
磁気センサのデータが信頼できるかどうか、あるいは、
地球磁界に乱れがあったかどうか、地磁気センサ自体が
正常か異常か等を判定することができる。

また、請求項２　Ｈａ載の地磁気センサデータの処理装
置は、方位円半径の分布データにおいて、標準的な値か
ら大きく離れたデータを予め除外する第４の計算手段を
付加しているので、突発的な原因で不良データが収集さ
れた場合であっても、そのデータを除外することができ
、データの信頼性を保持することができる。

〈実施例〉 以下の実施例では、地磁気センサ等を使用して車両の位
置を検出する車両位置検出装置および車両位置検出手順
を説明するとともに、この車両位置検出手順中において
、地磁気センサをチエツクする本発明の地磁気センサデ
ータの処理装置を具体的に説明する。

第１図は車両位置検出装置の一実施例を示すブロック図
であり、 ・左右両輪の回転数を検出する車輪速センサ１１（この
車輪速センサ１１は距離センサと相対方位センサを共用
している）、 ・地磁気センサ１２、 ・道路地図データを格納した道路地図メモリ２、・車輪
速センサ１１、地磁気センサ１２により検出されたデー
タに基づいて車両の推定位置を算出するとともに、車両
の推定位置データをバッファメモリ３に格納するロケー
タ１、 ・当該読出した車両現在位置を地図に重ねてデイスプレ
ィ７に表示させるとともに、キーボード８とのインター
フェイスをとるナビゲーションコントローラ５ とから構成されている。

さらに詳細に説明すると、上記ロケータ１は、例えば、
車輪速センサ１１からの出力パルス信号の数をカウンタ
でカウントすることにより左右の車輪の回転数を得、カ
ウンタから出力されるカウントデータに対して、乗算器
により１カウント当たりの距離を示す所定の定数を乗算
することにより単位時間当りの走行距離データを算出す
るとともに、左右両輪のパルス数の差に基づいて方位の
相対変化を求めこれと絶対方位を示す地磁気センサ１２
のデータとから車両の方位データを算出するものである
。

なお、車輪速センサ１１に代えて、回転角速度を干渉光
の位相変化として読み取る光フアイバジャイロ１３、あ
るいはピエゾエレクトリック素子の片持ちばり振動技術
を利用して角速度を検出する振動ジャイロ１４等を利用
するものであってもよい。ただし、これらの場合には、
距離センサとして別途車速センサ１５が必要である。

上記道路地図メモリ２は、所定範囲にわたる道路地図デ
ータが予め格納されているものであり、半導体メモリ、
カセットテープ、ＣＤ−ＲＯＭ。

ＩＣ−メモリ、ＤＡＴ等が使用可能である。

上記デイスプレィ７はＣＲＴ、液晶表示器等を使用して
、車両走行中の道路地図と車両位置とを表示するもので
ある。

上記ナビゲーシヨン・コントａ−ラ５は、図形処理プロ
セッサ、画像処理メモリ等から構成され、デイスプレィ
７上における地図の検索、縮尺切り替え、スクロール、
車両の現在位置の表示等を行わせる。

上記の構成の装置による車両位置検出手順について説明
する。車両走行中は、上記ロケータｌに取り込んだ各セ
ンサデータに基づいて車両の位置をデイスプレィ７上に
地図とともに表示しているが、その表示中も一定時間ご
との割り込みにより各センサのデータを取り込み、車両
位置を更新するようにしている。この割り込み時の車両
位置検出フローを第２図に示す。なお、この割り込みは
、車両の走行距離データを基にして求まる一定の走行距
離ごとに行ってもよい。上記割り込みを行う一定時間ま
たは一定走行距離（以下、いずれの場合でも「周期」と
いう）の値は、使用される相対方位センナの種類や、地
磁気センサの性能等により適宜設定される。

まず、ステップ■において、上記周期における地磁気セ
ンサ１２の時系列出力データのばらつきを検出して、本
発明の方法により地磁気センサ１２をチエツクする。こ
のチエツク方法について詳細に説明する。

過去に集められた十分に長い走行時間、または走行距離
における地磁気センサ１２の時系列出力データｘｎ、ｙ
ｎを、バッファメモリ３に蓄えておき、それらのデータ
を読み出し、次の式■に基づいて方位円の重心点ＸＯ，
ＹＯからの距Ｊ！ｉ　Ｄ　ｎを求める。なお、方位円の
中心点Ｘｏ、Ｙｏは、地磁気センナの着磁量補正処理に
おいて既に求まっているものである。したがって、着磁
補正中でないかぎり、現割り込み時点での方位円の真の
中心点は、前回の着磁量補正処理で求められた方位円の
中心点と一致すると考えられる。したがって、以下、上
記蓄えられた地磁気センサデータは着磁量補正中でない
場合のデータを対象とし、方位円の中心点の位置の誤差
は無視して説明を進めていく。

Ｄｎ−（（Ｘｎ　−Ｘｏ）＋　　（Ｙｒ＋−Ｙｏ））”
２■さらに、このＤｎをＤｏで除算することにより正規
化する。Ｄｏは、標準的な地磁気の強さでの地磁気セン
サデータの中心点Ｘ　Ｏ＃　Ｙ　ｏからの距離を表わす
ものであり、初期設定されたものである。

以下、Ｄｏで正規化された量を改めてＤｎと表わすこと
にする。

このようにして求めたＤｎの分布を第１表に示す。同表
では、多数求まったＤｎの、うち、０．２０以下のＤｎ
の数が２７個、０．２０〜０．２５のＤｎの数が２４個
、０．２５〜０．３０のＤｎの数が２６個、・・・とい
う具合に表示されている。

Ｄｎの数が最も多かったのは０．９０〜０．９５の場合
の３７２０７回である。（以下余白）第１表 上記データのうち、例えば標準値１．００から例えば５
０％以上離れたデータは除去する。この理由は、標準値
から大きく離れたデータは測定の、欠陥によるもので、
地磁気センサのチエツクの基礎とすることはできないか
らである。したがって、０．５０から１．５０までの値
をとるデータが有効ということになる。勿論、上記５０
％という数字はこれに限られるものではな（、例えば、
Ｄｎの分布の標準偏差σの所定倍（ａσ；ａは実数）よ
りも離れたデータのみを除外するようにしてもよい。

これらの有効なデータＤｎから平均値り一を求めると０
．９６２となり、これが方位円の半径となる。また、Ｄ
ｎの分布の標準偏差σは０．０９６となる。このσ、あ
るいはσを定数倍したもの（例えば２σや３σ）をデー
タのばらつきの許容範囲ΔＤとおく。

なお、上記Ｄａ、ΔＤの算出は、上記のように十分に長
い走行時間または走行距離ごとに求めてもよいが、各周
期ごとに過去のデータを平滑して微調整してもよい。

次に、ステップ■において、現周期における地磁気セン
サデータＤｎが平均値Ｄ１１から許容範囲ΔＤを超えた
割合、すなわち、ｌＤｎ−Ｄｍｌ＞ΔＤとなる割合を求
め、この割合が所定値を超えたかどうかで地磁気センサ
データが正常かどうかの評価を行う。なお、現周期の地
磁気センサデータＤｎが全て上式を満たしていることを
正常であることの条件としてもよい。

データが正常であれば、次に相対方位センサとの相対チ
エツクを行う。すなわち、地磁気センサ１２の方位デー
タθ”と相対方位センサ１１，１３または１４に基づく
方位データ θｔ−ｔ＋ｆｔθｄｔ −１ と比較しくステップ■、θ１−１は前周期の推定方位値
）、はぼ一致していれば（ステップ■）両方のデータに
基づき車両の方位を算出する（ステップ■）。この算出
に当たっては、両方のデータに所定の重みを付けて平均
値をとることにより行う。

さらに、カウンタにおよびカウンタＣをリセットしてお
く　（ステップ■、カウンタにおよびカウンタＣはステ
ップ■以下の手順で用いる）。そして、上記の方法で求
まった車両の方位データと、走行距離データとから車両
の現在（現周期）の推定位置を求める（ステップ■）。

勿論この時に道路地図データと比較し、道路地図データ
との相関度を評価して車両の推定位置を補正し、車両の
現在位置を道路上に設定するマツプマツチング方式を採
用してもよい（例えば特開昭１３３−１４８１１５号公
報参照）。

ステップ■またはステップ■において、Ｎｏの判断が出
れば、ステップ■以下の手順に入る。まず、ステップ■
では、地磁気センサ１２の方位データは使用しないこと
とし、ステップ■において上記カウンタｋを１だけイン
クリメントする。ステップ［相］では、現在、地磁気セ
ンサ１２が着磁量補正中であるかどうか判定する。着磁
量補正処理は、地磁気センサ１２が車体着磁の影響を受
けている場合（車体着磁の影響を受けているかどうかの
判断は例えば走行中における地磁気センサデータの異常
の発見、マツプマツチング処理による踏切の通過検出等
に基づき行われる。）、車体着磁の影響を相殺するため
に自動的に行われる処理であり、その手順は、例えば特
開平１−９８９２０号公報に詳述されている。ステップ
［相］において着磁量補正中と判断されれば、ステップ
［相］に移り、前周期の方位推定値θ１−１と、相対方
位センサ１１，１３または１４の旋回データΔθから現
在の方位を求める（θ、、＋ｊθｄｔ）。すなわち、地
磁気番−Ｉ センサ１２のデータを全く使用せず、相対方位センサ１
１，１３または１４のデータのみに頼った方位推定を行
う。着磁量補正中でなければ、ステップ■に移り、上記
カウンタにの値を調べる。所定値ｋｏよりも少なければ
、ステップ［株］に移る。

つまり、カウンタｋが所定値ｋｏになるまでは、相対方
位センサ１１，１３または１４のデータのみに頼った方
位推定を続ける。この所定値ｋｏは、相対方位センサ１
１，１３または１４のデータのみに頼った方位検出を繰
り返しても誤差が大きく累積しないような回数に設定さ
れる。すなわち、所定値ｋｏを非常に大きな値に設定す
ると、相対方位センサ１１．１３または１４のデータの
みに頼った方位推定が何回も繰り返されることになり、
方位誤差が累積して車両位置検出に悪影響を与えるので
、所定値ｋｏを適当な値に押さえることにより、方位誤
差の累積の影響が現れないようにしておくのである。ス
テップ＠では、地磁気センサデータをチエツクして、地
磁気センサの信頼性が回復しているかどうか調べる。地
磁気センサデータは、次のようなとき信頼性が回復して
いると考えられる。例えば、 （１）前述したステップ■で行ったのと同様の方法によ
り、方位円中心から測定した地磁気センサデータＤｎの
ばらつきが、許容範囲６０以内に収まったとき、 （２直線を走る場合、地磁気センサデータのばらつきが
許容範囲内に収まったとき、 Ｇ）上＆！　（１）と（２）との論理積、（４）交差点
での右左折時に、一定旋回角度以上のカーブを走行した
とき、カーブ走行前後の相対方位センサによる角度増分
と地磁気センサデータによる角度増分とがほぼ一致した
とき、 等である。上記（１）〜（４）のいずれかが満たされた
場合、ステップ＠において地磁気センサデータの信頼性
が回復しているとみなし、ステップ［有］に進む。

信頼性が回復していなければ、ステップ［相］の手順を
実行する。なお、ステップ＠において（１）〜（４）の
全てが満たされた場合信頼性ありと判断してもよいし、
（１）〜（４）のうち任意の３つ、２つ、または１つを
選んで、当該３つ、２つ、または１つの項目のみに基づ
いて判断してもよい。

ステップ［有］〜［有］では、回復された地磁気センサ
データの取り込みを行う。この実施例では、取り込む地
磁気センサデータは、直線道路を走行中のものに限るこ
ことした。というのは、直線道路を走行中の場合、地磁
気センサデータはほぼ一定値をとるので、平均をとると
いう簡単な処理で正確な地磁気センサデータを求めるこ
とができるからである。なお、直線道路を走行中かどう
かの判断は、比較的短い周期の判断でよく、相対方位セ
ンサ１１，１３または１４の出力データにより十分判断
可能である。現在、直線走行中でないなら、ステップ■
でＣ−０とおき、ステップ［株］の手順を実行する。直
線走行中であれば、ステップ■においてカウンタＣを１
だけインクリメントし、ステップ■においてカウンタＣ
が所定値Ｃｏに達したかどうを調べる。この所定値Ｃｏ
は、直線走行が続き、地磁気センサデータの平均値をと
るのに十分なデータ数を集めることができる値に設定さ
れる。カウンタＣが所定値Ｃｏに達しない間は、ステッ
プ［株］の手順を続ける。カウンタＣが所定値Ｃｏに達
すれば、ステップ■において地磁気センサデータの平均
をとり、ステップ［相］においてこの平均値を現在（現
割り込み周期）の車両の方位と推定する。すなわち、今
まで求まっていた車両の方位をリセットし、上記磁気セ
ンサデータの平均値で置き換える。そして、ステップ■
においてに−Ｏ，Ｃ−Ｏとおき、ステップ■に戻って車
両の現周期の位置検出を行う。

以上、実施例に基づいて本発明の車両位置検出装置を説
明してきたが、本発明は上記実施例に限るものではない
。例えば、上記実施例の、第２図ステップ■の地磁気セ
ンサのチエツク手順では、データＤｎを、標準的な地磁
気の強さの下での方位円の半径Ｄｏで除算することによ
り正規化したが、ＤｎとＤｏとの差δＤｎを求めこの差
δＤｎに基づいて平均値や標準偏差を求める処理を行っ
てもよい。

また上記実施例では、データＤｎの平均値Ｄｓを求め、
これを方位円の半径としたが、その代わりにデータＤｎ
が最大頻度で現れるピーク値Ｄｐを求め、これを方位円
の半径としてもよい。

さらに、上記実施例では、データＤｎの平均値ＤＩが標
準値１．００と異なっていても、何ら補正処理はしなか
ったが、平均値ＤＩまたはピーク値Ｄ９が標準値１．０
０と異なった場合、強制的に標準値１．００にあわせる
ために、地磁気センサのコイルに接続された増幅器のゲ
イン脅自動調節する補正処理を行ってもよい。

その信奉発明の要旨を変更しない範回内において、種々
の設計変更を施すことが可能である。

〈発明の効果〉 以上のように、本発明の地磁気センサデータの処理装置
によれば、過去の実走行に係る地磁気センサデータに基
づく方位円半径の分布から、方位円半径と方位円半径か
らの許容範囲を求め、地磁気センサデータがその許容範
囲に入る割合を求めることにより地磁気センサの検査を
自動的に行うこととしたので、初期設定された方位円の
半径にずれがある場合でも、あるいは走行地域や温度条
件に固有のずれがある場合でも、当該ずれに係わらず、
地磁気センサの検査を自動的に精度よく行うことができ
る。また、地磁気センサの変化による方位検出精度の低
下を未然に防ぐことができる。

その結果として、車両の位置検出精度を向上させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は車両位置検出装置のハードウェアの一構成例を
示すブロック図である。 第２図は車両位置検出手順およびその手順中に含まれる
地磁気センサデータの処理装置を示すフローチャートで
ある。 １・・・ロケータ、３・・・バッファメモリ、１２・・
・地磁気センサ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、車両に距離センサ、地磁気センサ、相 対方位センサを取り付け、距離センサか ら出力される走行距離データにより車両 の走行距離を求めるとともに、地磁気セ ンサと相対方位センサとから出力される 方位データにより車両の方位を求めるこ とにより車両位置を算出する車両位置検 出装置において、 過去の実走行における多数の地磁気セ ンサデータに基づき方位円半径の分布を 求める第１の計算手段と、 方位円半径の分布から方位円半径の値 を求める第２の計算手段と、 方位円半径の分布のばらつきから、方 位円半径の許容範囲を求める第３の計算 手段と、 走行中に収集される地磁気センサデー タのうちその許容範囲に入るものの割合 を求めることにより、地磁気センサデー タの評価を行う地磁気センサ判定手段と を有することを特徴とする地磁気センサ データの処理装置。 ２、第１の計算手段により求められた方位 円半径の分布中において、標準的な値か ら大きく離れたデータは予め除外する第 ４の計算手段をさらに有することを特徴 とする請求項１記載の地磁気センサデー タの処理装置。