JPH0348713A - 車両用方位計 - 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） この発明は、地磁気方位センサの出力値で示される座標
位置へ該センサの出力円中心値から向かう方向を車両の
走行方位として検出する車両用す焼討に関する。

（従来の技術） 地磁気方位センサを用いて車両の走行方位を検出する装
置としては、特開昭５９−　］、　００８１．２号公報
上記載のものが知られている。

この装置は、一対の巻線が水平姿勢で直交されており、
それら巻線では鎖交地磁気成分に応じた地磁気成分検出
電圧（出力値）が各々得られている。

そして、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平面上で
円（地磁気方位センサの出力円）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
される座標位置へ出力円中心値から向かう方向が車両の
走行方位として求められている。

ここで、車体が着磁すると、出力円の中心値が移動し、
このため走行方位検出に誤差が生ずる。

そして、この場合には車両の周回走行が行われ、その間
に地磁気方位センサの出力値をサンプリングし、出力円
座標上でＸ軸、Ｙ軸と交差する４点の出ノｊ値が得られ
た場合、これらサンプリング出力値を平均して出力円の
中心値が補正されるよう構成されている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上記の如き従来装置にあっては、補正を
行なう場所の磁場環境が悪い場合でも、わずか４点のサ
ンプリング出力値を用いて平均化処理を行なうので、精
度良く中心座標位置（中心値）を得ることができず、し
かも補正に際しては運転者に１周旋回走行を強いるとい
う問題点があった。

（発明の目的） この発明は、上記問題点に鑑み、精度良く出力円の中心
値が得られ、しかも補正のために１周旋回走行をしなく
て済む車両用方位計を提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 上記問題点を解決するために、本発明は第１図のように
構成されている。

この車両用方位計においては、地磁気方位センサ１によ
って地磁気成分を水平面一りで互いに直交する２方向の
成分として検出し、出力円の中心値から上記２方向の地
磁気成分が示す座標位置へ向かう方向に基づいて、車両
の走行方位が求められている。

そして、方位変化量検出手段ａでは、車両の方位変化量
が検出されている。

予想中心値算出手段すでは、出力円の予想中心値が算出
されている。

標準偏差値記憶手段Ｃでは、上記予想中心値の標準偏差
値が方位変化量をパラメータとして予め記憶されている
。

標準偏差値算出手段ｄでは、上記標準偏差値記憶手段Ｃ
上記憶された標準偏差値を参照しつつ検出された車両の
方位変化量に基づいて上記予想中心値の標準偏差値が算
出されている。

予想中心値重み付け値算出手段ｅでは、標準偏差値算出
手段ｄによって算出された標準偏差値に基づき上記予想
中心値の重み付け値が算出されている。

新中心値算出手段ｆでは、予想中心値重み付け値算出手
段ｅによって算出される予想中心値の重み付け値に基づ
き新中心値が算出されている。

新中心値重み付け値算出手段ｇでは、新中心値の重み付
け値が算出されている。

（作用） この発明では、地磁気方位センサの出力値等に基づいて
出力円の予想中心値を算出するとともに、予め前回補正
時からの方位変化量に対応した上記予想中心値の信頼度
を標準偏差の形で記憶しておき、この標準偏差に基づき
予想中心値の重み付け値を得る。そして、新中心値はこ
の重み付け値に基づいて算出する。

（実施例の説明） 以下、本発明の好適な実施例を図面に基づいて説明する
。

第２図には本発明が適用されたナビゲーションシステム
の基本構成が示されており、後に詳述する地磁気方位セ
ンサ１では地磁気成分が水平面上における直交２方向成
分に分解され、各方向の地磁気成分が座標で示す電気信
号として出力されている。

２は上記地磁気方位センサ１の出力をデジタル信号に変
換する地磁気センサ出力処理回路、３は地磁気センサ出
力処理回路２の信号に基づいて車両の走行方位を検出す
る方位検出部である。一方、１０は車両の角速度情報を
出力するジャイロセンサ、１１．はジャイロセンサ１０
の出力を積分処理して車両の角度変化１ｎを検出するジ
ートイロセンザ出力処理回路、４は本発明の特徴的部分
である車体着磁補正回路でマイクロコンピュータを中心
として構成されている。

次に、第３図には地磁気方位センサ１が示されており、
環状のパーマロイコア６には、互いに直交する巻線７Ｘ
、７Ｙが設けられている。

そして、そのパーマロイコア６には、巻線８が巻回され
ており、巻線８は第４図のようにパーマロイコア６が飽
和する直前まで励磁電源９により通電されている。

以北の１１ｉ！磁気方位センサ］が無磁界中におかれる
と、各々通る磁束Φ５．Φ２は第５図のように大きさが
同じで方向が反対となる。

従って、巻線７Ｘに鎖交する磁束が０となる吉、その検
出電圧ＶＸ＝−ＮｄΦ／ｄｔ（Ｎは巻数）もＯとなり、
同様に巻線７Ｙの検出電圧ＶＹも０となる。

さらに、この地磁気方位センサ］へ第３図のように地磁
気Ｈｅが巻線７Ｘに対し直１旧こ加わると、パーマロイ
コア６内において磁束密度Ｂ　ｅ　＝　（ｔ　Ｈｅ（μ
はパーマロイコアの透磁率）たり磁束にバイアスがりえ
られ、磁束Φ１．Φ２は第６図のように非対象となる。

従って、巻線７Ｘには第７図に示される波形の検出電圧
ＶＸが得られる。

また、巻線７Ｙに対して地磁気Ｈｅが平行であるので、
その巻線７Ｙに地磁気Ｈｅが交わることはなく、このた
め巻線７Ｙには電圧ＶＹが生ずることはない。

この地磁気方位センサ１は、第８図のように水平姿勢で
車両に搭載されており、例えは同図のように地磁気１（
ｅがその巻線７Ｘ、７Ｙに交わり、その結果、それら巻
線７Ｘ、７Ｙには地磁気Ｈｅに応じた検出電圧ｖｘ、　
ｖｙ　（出力ｆｉｉ’ｉ：）が各々得られる。

それら検出電圧ｖｘ、ｖｙは、（ｆｉ　Ｋを巻線定数、
値Ｂを地磁気Ｉ■ｅの水平分力とすれば、次の第（１）
式、第（２）式で各々示される。

Ｖ　Ｘ　＝　Ｋ　Ｂ　ｃｏｓθ　　　　　　　　　　（
１）ＶＹ＝ＫＢＳＩＩｌ　　　θ　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（２）従っ
て、第８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−Ｌａｓ＋　−’　　（Ｖ
Ｘ／ＶＹ）　　　　　　　　（３）で示される。

そして、ト記第（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７Ｘ、７Ｙの検出電圧■Ｘ、ＶＹで示される座
標により、第９図のようにＸ−Ｙ平面座標−１−で円（
地磁気方位センサ１の出力円）が描かれ、その出力円は
次式で示される。

Ｖ’Ｘ２　＋ＶＹ２＝　（ＫＢ）　２　　　　　　（４
）このように、巻線７Ｘ、７Ｙの検出電圧■Ｘ。

ＶＹで定まる座標が出力円上に存在するので、方位検出
部３ではその座標点（出力点）へ出力円の中心値０から
向かう方向が車両の走行１１位として検出される。

ここで、その車両の車体が着磁して、例えは第１０図の
ように地磁気Ｈｅとともにその着磁により磁界Ｇが巻線
７Ｘ、７Ｙに鎖交すると、第１１図のように波線位置か
ら実線位置へ出力円が移動する。

その結果方位検出部３で行われる月１両の走行方位検出
に誤差が生ずることになる。そこで、車体着磁補正回路
４ては出ツノ円中心値の補正処理がなされる。

以下、第１２図のフローチャー］・を参照しながら、本
実施例の特徴的部分である車体着磁補正回路４の処理手
順について詳述する。

プログラムがスタートされると、まず単位時間毎に出力
される地磁気方位センサ１の出力（ｉ’ｊ（Ｖｘ、ｖｙ
）およびジャイロセンサ］０の出力値θＧを記憶する（
ステップ１００）。

こうして、逐次地磁気方位七ンヅ１およびジートイロセ
ンサ１０の出力値が記憶されると、次にこれらの記憶出
力数がＮ個に達したか否かがｍＩべられる（ステップ１
０２）。

これは、前回中心値が補正されてから一定数以−にの出
力値データが得られた場合にのみ、以下の中心値補正処
理を行うためである。

従って、記憶された出力値の数がＮ個に達していない場
合（ステップ１０２でＮＯ）、さらにデータ収集を継続
する。

一方、記憶された出力値の数がＮ個に達している場合（
ステップ１０２でＹＥＳ）、次にはジャイロセンサ出力
処理回路１１によって検出される方位変化量ΔθＧが２
０°以上になったか否かが調べられる（ステップ１０４
）。

これは、直線路走行中の場合のように単位時間毎に出力
される出力値データはＮ個以上集められた場合でも、方
位変化がほとんどない場合があるからで、このような場
合における中心値補正処理を回避するためである。

なお、この例では、ジャイロセンサ１０の出力値θＧに
より走行方位の変化量を調べているが、これは周囲の磁
場環境が悪い場合地磁気方位センサ１によって検出され
る方位変化量の精度が悪化し、一定の短い時間に限って
は、ドリフトの影響があるとはいえジャイロセンサ１０
の出力値θＧによって検出される方位変化量ΔθＧの方
が精度が良いためである。

従って、方位変化量ΔθＧが２０”未満の場合（ステッ
プ１０４でＮＯ）、最新のＮ／２個のデータのみを残し
て残余のデータを消去する（ステップ１０６）。そして
、再びデータ収集を継続する。

一方、車両の方位変化量Δθ０が２０°以」二の場合（
ステップ１０４でＹＥＳ）　、次に方位変化量ΔθＧが
９０°以上あるか否かを調べる（ステップ１０８）。

そして、以下、方位変化量ΔθＧが９０°以」二あるか
否かに基づいて異なる手法により出力円の予想中心値（
ｘｎ、ｙｎ）が算出されることになる。

すなわち、まず方位変化量ΔθＧが９０°以上の場合（
ステップ１０８でＹＥＳ）　、第１３図に示す手法によ
り予想中心値（ｘ、、ｙ。）が算出されることになる（
ステップ１１０）。

なお、この手法は本出願人が先に提案した実願昭６３−
４１５７９号上記載のものと同一であるのでここでは詳
述しないが、以下簡単に説明する。

すなわち、この処理では、まず出力円の仮想中心値とし
てその時点での中心値（Ｘｃ、Ｙｃ）を（Ｘｏ、Ｙｏ）
として初期化する。また、出力円の仮想半径Ｒｏを、地
磁気の平均的出力値である３００ｍＧ　（ミリガウス）
相当の大きさで初期化する（ステップ２００）。

こうして、仮想中心値（Ｘｏ、Ｙｏ）および仮想半径Ｒ
ｏが得られると、これらの仮想値を用いて、以下最小二
乗法の演算手法による予想中心値（Ｘｎ　＋　’Ｉｎ　
）の算出処理が行われる。

この処理に当たっては、まず仮想中心値（Ｘ　ｏ。

Ｙｏ）と地磁気方位センサ１の出力値（Ｘ（ｉ）。

Ｙ　（ｉ）ｌで示される座標上の距離と、仮想半径Ｒｏ
で示される座標」二の距離との差の二乗和Ｊが算出され
る（ステップ２１０）。

ところで、二乗和Ｊを最小にするということは、二乗和
Ｊを最小にするＸｏ、Ｙｏ、Ｒｏを求めることに帰着す
る。

そして、この場合、二乗和ＪのＸｏ、　Ｙｏ、　ＲＯに
関する導関数を求め、これが０となることが必要条件と
なる（ステップ２２０）。

そこで、この例では、ＮｅｗＬｏｎ−Ｒａｐｈｓｏｎ法
を用いて、Ｘｏ、Ｙｏ、Ｒｏの修正量Ａ、　ｍ、　ｌ−
を求める（ステップ２３０）。

そして、この例では、上記修正量／Ｌ、　ｍ、　、ｇが
設定値以下となった場合のＸｏ、Ｙｏを）想中心値とす
る。

すなわち、」１記修正量＆、　ｍ、　１２．の値が所定
の基準値と比較され、全ての値が該基準値より小さい場
合（ステップ２４０でＹＥＳ）、そのときのＸｏ、Ｙｏ
の値を、出力円の予想中心値（Ｘ１％１ｙｎ）とするも
のである（ステップ２６０）。

一方、」−記修正量が１つでも所定の基準値より大きい
場合（ステップ２４０でＮｏ）　、Ｘｏ、Ｙｏ、Ｒｏを
修正しくステップ２５０）、これを新しい仮想中心値お
よび仮想半径とし、再びステップ２２０以下の処理を繰
り返すことになる。

そして、以下所定の修正量が得られるまでステップ２２
０〜２５０の処理を繰り返す。

以」二が、方位変化量ΔθＧが９０°以１−の場合の予
想中心＠（ｘｎ　、ｙ。）の算出手法である。

一方、方位変化量ΔθＧが９０゛未満の場合（ステップ
１０８でＮｏ）、第１４図に示す手法により予想中心値
を算出する（ステップ１１２）。

この手法は、本出願人が先に提案した実願昭６３８３２
８号上記載のものと同一の手法であるが、以下この手法
を簡単に説明する。

この処理においては、まずその時点のジャイロセンサ１
０による検出方位θＯをθＧ、として記憶する（ステッ
プ３００）。

次に、前回の中心値補正処理時の検出方位θＧをθＧ２
として読み出す（ステップ３１０）。

そして、次にはθＧ、とθ０２の方位差ΔθＧを算出す
る（ステップ３２０）。なお、この場合、八〇Ｇは２０
°以七９０°未満である。

次ニ、／９Ｇ、（７）ＶＸ−ＶＹ座標」−ノ位置をＡ、
θＧ２のＶＸ−ＶＹ座標」−の位置をＢとして、第１５
図に示す如く、ｖ　ｘ、　−ｖ　ｙ座標１−に点Ａ　（
Ｖｘ、、ｖｙ、）および点Ｂ　（ＶＸ２　、ＶＹ２　）
を設定する。

ここで、２点Ａ、　Ｂから出力円の半径相当距離Ｒｏの
位置にあって、しかも、！ＡＣＢ−ΔθＧとなる点を予
想中心値Ｃ（ｘ。、ｙｎ）として求める。

そして、これはステップ３３０に示される式により−ｒ
想中心値（ｘｎ、ｙｎ）を求めることに等しい。

以北が、方位変化量へ〇Ｇが９０°未満である場合の予
想中心値の算出手法である。

こうして方位変化量ΔθＧの大きさによって、異なる手
法により予想中心値（Ｘｌ、ｙ。）が得られると、次に
予想中心値の重みト１け（ｐＫｎを算出する。

ところで、この実施例では、予想中心値（ｘｎｙ、）の
重み付け値Ｋｎを算出するに際しては、まず方位変化量
をパラメータとする予想中心値（ｘｎ、ｙｎ）の標準偏
差値σｎを求め、この標準偏差値σｎの大きさに基づい
て予想中心値（Ｘｎ＋ｙｎ）の巾み付け値Ｋｎを求めて
いる。

第１６図には、方位変化量をパラメータとする予想中心
値（ｘｎ、ｙｎ）の標準偏差値が示されている。同図に
おいて○印で示された点は多くのシュミレーション実験
等によって得られた標準偏差値（実測値）であり、（ａ
）には方位変化量が９０°以−にの場合、（ｂ）には方
位変化量が２０°以上９０°未満の場合が示されている
。

そして、この実施例では、上記実測値に基づいて、予め
装置側に方位変化量をパラメータとする標準偏差値σｎ
の計算式（第１６図における直線Ａ、や曲線Ａ２に相当
する）が記憶されている。

従って、方位変化量が検出された場合、１−記計算式を
適用し、これによって方位変化量に対応した標準偏差値
を求めている。

ところで、方位変化量ΔθＧが９０゛以−１−の場合で
あって、第１３図に示される手法によりゃ想中心値が求
められる場合（ステップ１１．０）、以後の標準偏差値
算出処理においてはジャイロセンサ１０によって検出さ
れる方位変化量へ〇Ｇの値を用いず、地磁気方位センサ
１の出力値によって検出される方位変化量６６間の値を
用いる（ステップ１１４）。そして、この場合、ステッ
プ１１０によって求められた予想中心値（ｘｎ、ｙ、）
を出力円中心値として６０Ｍの算出を行う。

これは、ジャイロセンサ１０によって検出される方位変
化量ΔθＧが大きい場合、ジャイロセンサ１０のドリフ
トの影響による検出誤差を無視し得ず、かえってステッ
プ１１０の処理によって得られた予想中心値（Ｘｎ　、
”／　ｎ　）を基準とする地磁気センサ出力値による方
位変化量へ〇Ｍの方が信頼性が高いからである。

こうして、地磁気方位センサ１の出力値に基く方位変化
量６６間が求められると、次に６６間が１４３°以上で
あるか否かが調べられる（ステ・ツブ１１６）。

これは、第１６図（ａ）に示す如く、方位変化量６６間
が１４３°付近で標準偏差値σｎの算出式の傾きが変化
しているからである。

ここで、６６間が１４３°以」二の場合（ステップ１１
６でＹＥＳ）、次式により標準偏差値σ１の算出を行う
（ステップ１２ｏ）。

σｎ＝−０．０２Δθ間＋６．３　　　　（５）一方、
６６間が１４３°未満の場合（ステップ１１６でＮｏ）
　、次式により標準偏差値σｎの算出を行う（ステップ
１１８）。

ａｎ＝−０，２ΔθＭ　＋　３２　　　　　　　（６）
また、方位変化量ΔθＧが９０”未満で第１４図に示す
手法により予想中心値（Ｘｎ、３’ｎ）が得られた場合
、ジャイロセンサ１ｏのドリフトの影響は少ないので、
ジャイロセンサ１ｏによって検出された方位変化量Δθ
Ｇに基づいて第１６図（ｂ）のグラフを適用し、次式に
より標準偏差値σｎを算出する（ステップ１２２）。

σｎ＝２５０／八〇３　＋　３　　　　　　　（７）と
ころで、」−記（５）、　　（６）および（７）の各式
によって算出された標準偏差値σｎは、予想中心値（ｘ
＋ｚｙｎ）の分散度を見ているものである。従って、標
準偏差値σｎの値が小さいほどＰ想中心値の信頼度は高
いことになる。

そこで、」−記の如くして各方位変化量に基づく標準偏
差値σｎが求められると、σｎの逆数で予想中心値（ｘ
７．ｙｎ）の重みト１け値Ｋｎを求める（ステップ１２
４）。

なお、この場合、σｎの逆数のべき数を予想中心値の重
み付け値Ｋｎとすることもできる。

こうして、予想中心値（ｘｎ、ｙｎ）およびその重み付
け値Ｋｎが得られると、現在（前回補正時のもの）の中
心値を（Ｘｃ、Ｙｃ）　、該中心値（Ｘｃ、Ｙｃ）の重
み付け値をＫｃとして、新中心値（Ｘｃｎ、Ｙｃｎ）が
次式によって得られる（ステップ１２６）。

）（ｃｎ＝ＫｃＸｃ＋Ｋｎｘ。

Ｋ　Ｃ＋　Ｋ　ｎ　　　　　　　＜　ｓ　）ｙｏｎ＝Ｋ
ｃＹｃ＋Ｋｎ３／ｎ Ｋ　ｃ　＋　Ｋ　ｎ　　　　　　　（ｇ　）一方、正規
分布の加法性より、上記標準偏差値σｎの分散に関して
は加法性が保証されるので、（８）、　　（９）式によ
って得られる新中心値の標準偏差値σｃｎはもとの中心
値（Ｘｃ、Ｙｃ）の標準偏差値σＣとステップ１１８，
１２０．１２２で算出された標準偏差値σｎ、およびこ
の標準偏差値σｎの重み付け値Ｋｎから次式で得られる
（ステップ１２８）。

従って、このときの新中心値の重み付け値Ｋｃｎはσｃ
ｎの逆数として次式で得られることになる。

Ｋｃｎ＝１／ｃｙｃｎ　　　　　　　　　　（１１）こ
うして新中心値（Ｘｃｎ、Ｙｃｎ）および新中心値の重
み付け値Ｋｃｎが得られると、走行中さらに第１２図に
示す処理が繰り返されることになる。

本実施例に係わる車両用方位計は、上記の如く、走行中
に収集した地磁気方位センサ１やジャイロセンサ１０の
出力に基づいて予想中心値を得るとともに、それら予想
中心値の信頼性を標準偏差値の形で算出する。そして、
該標準偏差値に基づいてｒ想中心値の重み付けを行い、
その重み付け値に基づき新中心値を算出するので、新中
心値を精度良く得ることができることになる。

また、走行中このような補正処理を続けながら走行する
ので、走行するに従ってより中心値の精度が高まってい
くことになる。

（発明の効果） 本発明に係わる車両用方位計は、上記の如く、地磁気方
位センサの出力値等に基づいて予想中心値を算出すると
ともに、予め前回補正時からの方位変化量に対応した上
記予想中心値の信頼度を標準偏差の形で記憶しておき、
この標準偏差値に基づき予想中心値の重み付け値を得る
。そして、新中心値はその重み付け値に基づいて算出す
るので、精度良く出力円の中心座標位置が得られ、しか
も補正のために１周旋回走行をしなくて済む等の効果を
有する。

【図面の簡単な説明】

第１図はクレーム対応図、第２図は本発明の基本構成を
示すブロック図、第３図は地磁気方位センサの構成説明
図、第４図は地磁気方位センサの励磁特性説明図、第５
図は無磁界中における地磁気方位センサのパーマロイコ
アでの磁束変化を示す特性図、第６図は地磁気方位セン
サの検出作用説明図、第７図は地磁気方位センサの検出
電圧特性図、第８図は車両走行方位の説明図、第９図は
出力円説明図、第１０図は地磁気方位センサに地磁気以
外の磁界が加わった状態を示す説明図、第１１図は車体
着磁による出力円の移動を示す説明図、第１２図は本発
明の処理手順の全体を示すゼネラルフローチャー１・、
第１３図は予想中心値を得る場合の処理手順を示すフロ
ーチャート、第１−４図は他の手法により予想中心値を
得る場合の処理手順を示すフローチャー１・、第１５図
は第１４図の手法によりＰ想中心値を求める場合の算出
作用説明図、第１６図はｒ・想中心値の標準偏差値の説
明図である。 １・・・地磁気方位センサ ２・・・地磁気センサ出力処理回路 ３・・・方位検出部 ４・・・車体着磁補正回路 １０・・・ジャイロセンサ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、地磁気方位センサによって地磁気成分を水平面上で
   互いに直交する２方向の成分として検出し、出力円の中
   心値から上記２方向の地磁気成分が示す座標位置へ向か
   う方向に基づいて車両の走行方位を求める車両用方位計
   において、 車両の方位変化量を検出する方位変化量検出手段と、 出力円の予想中心値を算出する予想中心値算出手段と、 上記予想中心値の標準偏差値を方位変化量をパラメータ
   として予め記憶する標準偏差値記憶手段と、 上記標準偏差値記憶手段に記憶された標準偏差値を参照
   しつつ検出された車両の方位変化量に基づいて上記予想
   中心値の標準偏差値を算出する標準偏差値算出手段と、 標準偏差値算出手段によって算出された標準偏差値に基
   づき上記予想中心値の重み付け値を算出する予想中心値
   重み付け値算出手段と、 予想中心値重み付け値算出手段によって算出される予想
   中心値の重み付け値に基づき新中心値を算出する新中心
   値算出手段と、 新中心値の重み付け値を算出する新中心値重み付け値算
   出手段と、 を備えることを特徴とする車両用方位計。