JPH04172216A - 車載用ナビゲーションシステム - 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】 〔概　要〕 地磁気センサは、安価で絶対方位が検出でき、回転速度
を検出して方位を得るレート式方位センサのような誤差
の累積が無いという利点があるが、種々の外乱の影響を
受けやすく検出誤差が大きいという問題がある。鉄道、
橋及びビル等による外乱は補正不可能であるが、これら
の構造物は長期にわたって固定されているのが一般的で
ある。そこで車載用航法装置の地図データとしてこれら
の外乱情報を記憶しておき、この外乱情報と走行位置か
ら地磁気の外乱状況を把握して、地磁気センサとレート
式方位センサの出力を適切に処理してより正確な方位を
検出する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は車載用航法装置（以下本明細書においてはナビ
ゲーションシステムと称する。）に関し、特に方位検出
の精度を改善したナビゲーションシステムに関する。

〔従来の技術〕

自動車等の移動物体で、走行した経路を算出し、表示装
置上の地図に現在走行している地点を表示することで運
転者を支援するナビゲーションシステムと呼ばれる装置
が利用されるようになっている。このような装置は、走
行方向を検出する方位センサと移動距離を検出する距離
センサを備え、検出した走行方向と移動距離から走行地
点を算出している。このような装置で使用される方位セ
ンサは、地図上の方向に対応する絶対方位を検出する必
要がある。

車載用ナビゲーションシステムに用いられる方位センサ
の一つに、回転速度を検出して基準方位からの回転角度
を検出して方位を検出するレート式方位センサと呼ばれ
るものがある。レート式方位センサとしては振動ジャイ
ロ、光フアイバジャイロ及びガスレートセンサ等がある
。レート式方位センサは、−船釣に短時間内での検出精
度は非常に良好であるが、時間の経過に従って誤差が累
積するため、長時間使用すると大きな誤差を生じる。そ
こで適当な時間間隔で補正を行なう必要がある。この補
正には絶対方位が必要である。またレート式方位センサ
は基準方位からの回転角度を算出するものであるから、
動作開始時には基準方位を設定する初期化が必要であり
、このためにも絶対方位が必要である。

絶対方位を検出するためには衛星システムを利用した方
法等もあるが高価であるという問題がある。そこで安価
な地磁気センサを使用するのが一般的である。

〔発明が解決しようとする課題〕

地磁気センサは、地球表面の地磁気の方向を検出して方
位を算出するものであり、絶対方位を検出できるという
利点がある。しかし地磁気の強度は０．３Ｇ（ガウス）
程度と微弱なため、ナビゲーションシステムを取り付け
た自動車の車体の着磁による磁界、車両内の電子機器に
よる磁界等車両による外乱もあるが、他に鉄橋、ビル、
高架道路、トンネル等の構造物によっても地磁気が乱さ
れ、検出誤差を生じる。そのため外乱の大きな状態で検
出した地磁気センサによる方位で、レート式方位センサ
の初期設定や補正を行なうと逆に誤差が増大することに
もなる。

地磁気センサの検出精度向上のため種々の対策が行なわ
れており、車両による外乱についてはかなりの程度補正
が可能になっている。しかし上記の構造物等による外乱
はランダムに生じており、充分な補正が行なえないのが
現状である。

また現状では一般的にレート式方位センサを主たる方位
センサとして、地磁気センサは初期設定や補正の時にの
み利用してただけである。しかし地磁気センサも外乱に
対して充分な対策を施し、しかも構造物等からの外乱の
ない安定した磁界中ではかなりの検出精度が得られる。

その上レート式方位センサのような累積誤差は、発生し
ないという利点がある。そこで安定した磁界中ではレー
ト式方位センサだけでなく地磁気センサも利用する方が
、累積誤差を防ぐ点からも望ましい。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、レ
ート式方位センサと組み合せて使用する地磁気センサを
より有効に活用し、絶対方位の検出が可能であるという
点を充分に生かすことを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明では、上記問題点を解決するためある地域内での
地磁気に対する外乱の状況をあらかじめ測定し、測定結
果を車載用ナビゲーションシステムの地図データに対応
させて記憶し、車両の走行地点での外乱状況を把握可能
にする。そして外乱状況に基づいて、地磁気センサの出
力を処理する。

第１図は、本発明の車載用ナビゲーションシステムの方
位検出に関する部分の基本構成を示す図である。なお以
下の図において同様の機能を有する部分については同一
の番号にアルファベットの小文字を付して表わす。

第１図に示す車載用ナビゲーションシステムは、搭載さ
れた自軍の走行地点を算出して運転への表示又は指示を
行なうものであって、地磁気センサ１、レート式方位セ
ンサ２、方位演算手段３及び地図データ記憶手段４を備
えている。地磁気センサｌは、地磁気を検出し、検出し
た地磁気の方向から算出した方位を出力する。レート式
方位センサ２は、回転速度を検出して基準方位からの回
転角度を算出し、検出した回転角度から方位を算出して
出力する。方位演算手段３は、地磁気センサ１の出力と
レート式方位センサ２の出力から走行方位を算出する。

地図データ記憶手段４は、地図上の地点での地磁気への
外乱情報を記憶している。

方位演算手段３は、地図データ記憶手段４の走行地点で
の外乱情報に対応して走行地点の算出工程を変化させる
。

［作　用］ 車載用ナビゲーションシステムは、方位検出のため地磁
気センサ１とレート式方位センサ２を備えており、方位
演算手段３が地磁気センサ１の出力した方位とレート式
方位センサ２が出力した方位を処理してナビゲーション
システムとしての方位を得ている。処理方法としては、
通常はレート式方位センサ２の出力する方位を使用して
、一定時間毎に地磁気センサ１の出力した方位で補正を
行なう方法やレート式方位センサ２の出力する方位と地
磁気センサ１の出力する方位を、レート式方位センサ２
の方の寄与率を大きくして加重平均する方法等がある。

しかし地磁気センサ１は、外乱の影響を受は易く誤差が
大きい場合もあり、これで補正を行なうと誤差が大きく
なることもある。

そこで本発明の車載用ナビゲーションシステムは、あら
かじめ測定した地図上の各地点での地磁気への外乱情報
をナビゲーションシステムの地図と対応付けて記憶して
いる。ナビゲーションシステムは自軍の走行地点を算出
するものであり、走行地点から地磁気の外乱状況を知る
ことができる。外乱状況により地磁気センサ１の誤差が
推測できるので、これに基づいて処理方法を変えれば、
より正確に方位を検出することが可能になる。

〔実施例〕

レート式方位センサとしては、振動ジャイロ、ガスレー
トセンサ等があるが、ここでは光フアイバジャイロを用
いた実施例を説明する。なお以下の説明ではレート式方
位センサは、レートセンサと称する。このようなナビゲ
ーションシステムにおいて各種の処理は、すべてマイコ
ンを用いて行なっており、第２図はその基本構成を示す
図である。１ａは地磁気センサであり、２ａは光フアイ
バジャイロである。４ａはＣＤ−ＲＯＭ装置であり、地
図の他に地磁気に大ぎな影響を及ぼす鉄橋、鉄道、高架
道及び大きなビル等の特定の構造物の位置と、ある程度
以上の影響を及ぼす範囲である影響範囲がその位置から
の距離で表わされて記憶されている。５ａは車速パルス
センサであり、この出力であるパルスをカウンタ５ａで
計数することにより走行距離が求まる。６ａと７ａはＡ
／Ｄ変換器であり、それぞれ地磁気センサ１ａと光フア
イバジャイロ２ａの出力をデジタル信号に変換する。

９ａはマイコンであり、各種の処理を行なって走行地点
を算出して表示装置１０ａに表示し、運転者に指示を与
える。

本実施例では、光フアイバジャイロ２ａの出力した方位
と地磁気センサ１ａの出力した方位を加重平均して走行
方位を算出している。そして特定構造物の影響範囲に入
った時には、地磁気センサ１ａの出力した方位の加重を
ゼロ、すなわち光フアイバジャイロ２ａの出力した方位
をそのまま走行方位としている。特定構造物の影響範囲
に入る様子を示した例が第３図である。第３図は鉄道線
路の踏切を通過する時の様子を示した図であり、影響範
囲は円の半径で示されており、この円内に入った時に光
フアイバジャイロ２ａの出力をそのまま走行方位とする
。踏切がビル等の構造物であっても同様である： マイコン９ａの処理手順を示したのが第４図のフローチ
ャートである。ステップ１０１では、地磁気センサ１ａ
の方位と光フアイバジャイロ２ａの方位から走行方位を
算出し、車速パルスセンサ５ａの出力した走行距離を用
いて走行地点を算出して表示装置１０ａに表示している
。ステップ１０２では、ＣＤ−ＲＯ？１４　ａより地図
データを読み出し、現在の走行地点付近に特定構造物が
あるかを判定する。なければステップ１０１　とステッ
プ１０２を繰り返す。特定構造物がある場合には、ステ
ップ１０３で走行地点と特定構造物との距離を算出する
。この距離が影響範囲内であるかをステップ１０４で判
定し、影響範囲外であればステップ１０１に戻り、影響
範囲内であればステップ１０５に進んで光フアイバジャ
イロ２ａの出力した方位がそのまま走行方位となるよう
に設定する。ステップ１０６と１０７では光フアイバジ
ャイロ２ａの出力を走行方位とする航法を行なう。更新
された走行地点が特定構造物の影響範囲であるかの判定
をステップ１０８と１０９で行ない、この航法を影響範
囲外に出るまで繰り返す。影響範囲外に出た場合には、
ステップ１１０で地磁気センサを含めた航法に戻り、ス
テップ１０１から同様の工程を繰り返す。

以上のように地磁気への外乱が大きな特定構造物付近で
は、地磁気センサ１ａの出力は誤差が大きいため、この
範囲では光フアイバジャイロ２ａのみを使用して地磁気
センサ１ａの出力は無視することで誤差の多い値での補
正を行なわず、精度が維持される。なお光フアイバジャ
イロ２ａは、検出を開始する際に基準方位を設定する初
期化を行なうが、これに地磁気センサ１ａを利用する。

そこでＣＤ−ＲＯＭ装置４ａに記憶されている地磁気の
安定した地域において、地磁気センサ１ａの出力した方
位で光フアイバジャイロ２ａの初期化を行っている。

上記の実施例は、第３図に示したように踏切を横断する
といった影響範囲が小さい場合であり、影響範囲内にい
る時間も限られているため光フアイバジャイロ２ａのみ
で走行方位を算出する時間は短かい。そのため光フアイ
バジャイロ２ａの累積誤差は問題にならない、しかし第
５図に示すように高架道路を走行したり、高架道路に沿
った道路を長い距離走行する場合等には、高架道路が大
きな外乱を与える特定構造物に相当するため、長時間光
フアイバジャイロ２ａのみの方位で走行することになり
、光フアイバジャイロの誤差の累積が問題になる。そこ
でこのような場合は、光フアイバジャイロ２ａに完全に
切り換えるのではなく、通常の走行時に行なう地磁気セ
ンサ１ａの出力した方位と光フアイバジャイロ２ａの出
力した方位の加重平均を求めて走行方位を算出する処理
における重み付け係数を変化させ、地磁気センサ１ａの
寄与率を小さくする。このための処理を示したのが第６
図に示すフローチャートである。

第６図のフローチャートに示すように、ステップ１１１
では光フアイバジャイロ２ａの出力する方→ 位０と地磁気センサ１ａの出力する方位Ｃを読み取り、
式（１）に従がって加重平均を求めてこれを走行方位子
としている。

式（１）においてＷ、とＷ２は重み付け係数であり、こ
れによりそれぞれのセンサの寄与率が定まる。ステップ
１１５までは第４図とほとんど同一であるが、ステップ
１１３で特定構造物の影響範囲が大きいか判定している
。ステップ１１６で光フアイバジャイロ２ａの出力する
方位０と地磁気センサ１ａの出力する方位Ｃを読み取り
、ステップ１１７で加重平均するが、この時ステップ１
１１での加重平均に比べてＷｌを大きくし、ｗ２を小さ
くして地磁気センサの寄与率を小さくする。このように
完全には光フアイバジャイロ２ａに切り換えないことで
、ある程度光フアイバジャイロ２ａの誤差の累積を防い
でいる。

以上の実施例では通常走行時も地磁気センサ１ａと光フ
アイバジャイロ２ａの出力する方位を加重平均している
が、地磁気に対する外乱が少ない地域では地磁気センサ
１ａの出力のみを利用しても良く、更には外乱の程度に
より加重平均の重み係数を段階的に変化させても良い。

次にＣＤ−ＲＯＭ４　ａにどのような形で外乱情報が記
憶されているかについて説明する。上記実施例では特定
構造物の位置と影響範囲が記憶されているが、そのデー
タ形式の例を表１に示す。

表１　特定構造物のデータ形式 踏切やビル等の影響範囲が小さいものの場合には、座標
と円形の影響範囲の半径が記憶される。

高架の道路や橋等の場合には影響範囲は円形では表わせ
ないため、複数の点で表わしその点の間は−様な影響が
あると考える。そして分類と名称により影響範囲が大き
いかを判定できるようになっている。

これら特定構造物は、建設後は変わることがないため一
度作成したデータは長期間にわたって使用可能である。

なお記憶する情報量は増大するが、特定構造物の位置や
影響範囲だけでなく、外乱の状況をより詳細に記憶した
り、更には道路上のすべての地点での外乱状況をあらか
じめ測定して記憶し、地磁気センサの出力をより正確に
把握して精度の高い方位を得ることも可能である。

〔発明の効果〕

外乱の影響を受は昌く、これまであまり信転性のある検
出結果が得られず、レートセンサの補正用に使用するに
も問題のあった地磁気センサが、安定して地磁気状態で
のみ使用することが可能になり、レートセンサの補正に
も充分使用できるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の車載用ナビゲーションシステムの方
位算出に関する部分の基本構成を示す図であり、 第２図は、マイコンを用いた車載用ナビゲーシッンシス
テムの基本構成を示す図であり、第３図は、特定構造物
が踏切である場合の影響範囲を示す図であり、 第４図は、影響範囲が小さい場合の処理を示すフローチ
ャートであり、 第５図は、高架道路等の影響範囲が大きい場合を示す図
であり、 第６図は、影響範囲が大きい場合の処理を示すフローチ
ャートである。 図において、 １・・・地磁気センサ、 ２・・・レート式方位センサ、　３・・・方位演算手段
、４・・・地図データ記憶手段、 ５ａ・・・車速パルスセンサ、　９ａ・・・マイコン。 本発明の車載用ナビゲーシッンシステムの基本構成第１
図 マイコンを用いた実施例の構成図 第２図 影響範囲が小さい特定構造物の踏切の模式図第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．　自車の走行地点を算出して運転者への表示又は指
   示を行なう車載用ナビゲーションシステムであって、 地磁気を検出し、検出した地磁気の方向から算出した方
   位を出力する地磁気センサ（１）、回転速度を検出して
   基準方位からの回転角度を算出し、基準方位に回転角度
   を加算した方位を出力するレート式方位センサ（２）、 該地磁気センサ（１）の出力と該レート式方位センサ（
   ２）の出力から走行方位を算出する方位演算手段（３）
   、及び 地図上の地点での地磁気への外乱情報を記憶した地図デ
   ータ記憶手段（４）を備え、 該方位演算手段（３）は、該地図データ記憶手段（４）
   の該走行地点での外乱情報に対応して走行地点の算出工
   程を変化させることを特徴とする車載用ナビゲーション
   システム。２．　該地図データ記憶手段（４）に記憶さ
   れた情報は、特定の構造物の配置及び地磁気への所定の
   影響程度を有する影響範囲であり、 該方位演算手段（３）は、該特定構造物と該走行地点と
   の距離を算出し、該距離が該影響範囲内であるかを判定
   する影響距離判定手段を更に備え、該走行地点が影響範
   囲内の時には該レート式方位センサ（２）の出力した方
   位を走行方位とすることを特徴とする請求項の１に記載
   の車載用ナビゲーションシステム。 ３．　該地図データ記憶手段（４）に記憶された情報は
   、特定の構造物の配置及び地磁気への所定の影響程度を
   有する影響範囲であり、 該方位演算手段（３）は、該特定構造物と該走行地点と
   の距離を算出し、該距離が該影響範囲内であるかを判定
   する影響距離判定手段を更に備え、該地磁気センサ（１
   ）の出力と該レート式方位センサ（２）の出力を加重平
   均して走行方位を算出する時に、該走行地点が影響範囲
   内であるか、影響範囲外であるかにより該加重平均の重
   み付け係数を変化させることを特徴とする請求項の１に
   記載の車載用ナビゲーションシステム。