JPH05196468A - 車両用方位計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 精度良く出力円の中心座標位置が得られ、し
かも中心座標位置補正のための１周施回走行をしなくて
済むようにする。 【構成】 この発明では、地磁気方位センサによって描
かれる出力円は本来真円を描くことを前提にして、地磁
気方位センサから逐次出力される出力値と、その時点で
の磁化強度（出力円の半径）を比較し、その誤差を小さ
くすべく出力円の中心座標位置を適宜補正するようにし
ている。すなわち、最少二乗法の演算手法を取り入れ
て、まず出力円の中心座標としての初期値を設定し（ス
テップ１１０）、次に上記初期値および逐次出力される
出力値との座標上の距離と、上記初期値で与えられる出
力円の半径との差の累乗の和を算出し（ステップ１１
２）、上記累乗和を最少にすべく演算処理することによ
り、出力円の中心座標位置を補正している（ステップ１
１４〜１２２）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、地磁気方位センサの出
力値で示される座標へ該センサの出力円中心座標から向
う方向を、車両の走行方位として検出する車両用方位計
に関する。

【０００２】

【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５９−１００８１２
号公報に示されるものが知られている。

【０００３】この方位計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に応じた地磁気
成分検出電圧（出力値）が各々得られており、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面上で円（地磁気方位セン
サの出力円）が描かれる。

【０００４】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へ出力円中心から向う方向が車両の
走行方位として求められている。

【０００５】ここで、車体が着磁すると、出力円の中心
座標が移動し、このため走行方位検出に誤差が生ずる。

【０００６】その場合には車両の旋回走行が行なわれ、
その間に地磁気センサの出力値が適宜個数サンプリング
され、車両の旋回走行が終了したときにそのサンプリン
グされた出力値を平均して走行方位検出の誤差が補正さ
れるよう構成されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
如き従来装置にあっては、補正を行う場合の磁場環境が
悪い場合でも、僅かなサンプリング出力値を用いて平均
化処理を行うようなされているので、精度良く中心座標
位置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。

【０００８】この発明は、上記問題点に鑑み、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車両用方位計を提供すること
を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る車両用方位計は第１図のように構成さ
れている。この車両用方位計は、地磁気方位センサ１に
より検出された地磁気成分を、水平面上で互いに直交す
る２方向の成分に分解し、両地磁気成分が示す座標位置
へ該位置が含まれるべき出力円の中心座標位置から向か
う方向に基づいて、車両の走行方位が求められるような
されている。そして、出力値記憶手段ａでは、車両走行
中上記地磁気方位センサから逐次出力される出力値が逐
次記憶されている。初期値算出手段ｂでは、上記記憶さ
れた出力値の所定個の平均値を算出することにより上記
出力円の中心座標位置の初期値が算出されている。累乗
和算出手段ｃでは、上記初期値および上記逐次出力され
る出力値との座標上の距離と、上記初期値に基づいて与
えられる出力円の半径との差の累乗の和が算出されてい
る。修正量演算手段ｄでは、上記累乗和を最小にする初
期値算出のため、初期値の修正量が演算されている。出
力円補正手段ｅでは、上記修正量に基づいて、出力円の
中心座標位置が補正されている。

【００１０】

【作用】この発明では、最小二乗法の演算手法を取り入
れて、まず出力円の中心座標としての初期値を設定し、
次に上記初期値および逐次出力される出力値との座標上
の距離と、上記初期値で与えられる出力円の半径との差
の累乗の和を算出し、上記累乗和を最小にすべく演算処
理されることにより、出力円の中心座標位置が補正され
ている。

【００１１】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明に係る車両用方
位計の好適な実施例を説明する。

【００１２】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、同図におい
て、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方向に分解され、各方向の地磁気成分が座標
を示す電気信号として出力されている。

【００１３】２は上記地磁気方位センサ１の出力を検出
し、デジタル信号に変換する出力処理回路、３は上記地
磁気方位センサ１の出力信号から方位を算出する方位算
出部、４は本発明の特徴的な部分である車体着磁補正回
路である。

【００１４】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。

【００１５】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。

【００１６】以上の地磁気方位センサ１が無磁界中に置
かれると、パーマロイコア６の部位Ｓ₁ ，部位Ｓ₂ を各
々通る磁束Φ₁ ，Φ₂ は第５図のように大きさが同じで
方向が反対となる。

【００１７】したがって、巻線７Ｘに鎖交する磁束が零
となるとその検出電圧

【数１】 も零となり、同様に巻線７Ｙの検出電圧Ｖｙも零とな
る。

【００１８】さらにこの地磁気方位センサ１へ第３図の
ように地磁気Ｈｅが巻線７Ｘに対し直角に加わると、パ
ーマロイコア６内において磁束密度Ｂｅ＝μＨｅ（μは
パーマロイコア６の透磁率）だけ磁束にバイアスが与え
られ、磁束Φ₁ ，Φ₂ は第６図のように非対称となる。

【００１９】したがって、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。

【００２０】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、このためこの巻線７Ｙには電圧Ｖｙが生ずることは
ない。

【００２１】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、例えば同図のように
地磁気Ｈｅ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（出力値）が各々得られる。

【００２２】それら検出電圧Ｖｘ，Ｖｙは、値Ｋを巻線
定数、値Ｂを地磁気Ｈｅの水平分力とすれば、次の第
（１）式、第（２）式で各々示される。

【００２３】Ｖｘ＝ＫＢcos θ…第（１）式 Ｖｙ＝ＫＢsin θ…第（２）式 したがって、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＝tan ^-1（Ｖｘ／Ｖｙ）…第（３）式 で示される。

【００２４】そして上記第（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Ｖｘ，Ｖｙで
示される座標により第９図のようにＸ−Ｙ平面座標上で
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。

【００２５】Ｖｘ² ＋Ｖｙ² ＝（ＫＢ）² …第（４）式 このように巻線７Ｘ、７Ｙの検出電圧Ｖｘ，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Ｏから向う方向が車
両の走行方位として検出される。

【００２６】ここで、その車両の車体が着磁して例えば
第１０図のように地磁気Ｈｅとともにその着磁による磁
界Ｇが巻線７Ｘ、７Ｙに鎖交すると、第１１図のように
破線位置から実線位置へ出力円が移動する。

【００２７】その結果、方位検出部３で行なわれる車両
の走行方位検出に誤差が生じることになる。

【００２８】以下、第１２図のフローチャートを参照し
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。

【００２９】本実施例の特徴は、地磁気方位センサ１に
よって描かれる出力円は本来真円を描くことを前提にし
て、地磁気方位センサ１から逐次出力される出力値と、
その時点での磁化強度（出力円の半径）を比較し、その
誤差を小さくすべく出力円の中心座標位置を適宜補正す
るようなされていることにある。

【００３０】そして、本実施例では、上記補正手段とし
て最小二乗法の演算手法を導入している。

【００３１】すなわち、プログラムがスタートされる
と、まずその時点での出力円の中心座標位置である「初
期値」を得るため、地磁気方位センサ１からの所定個の
データを収集するための基準収集定数Ｎ，および後述す
る出力円の中心座標位置補正に際しての収束判定定数と
なるεｘ，εｙ，εｒが設定される（ステップ１０
０）。

【００３２】こうして、車体着磁補正に際して必要な一
定の定数が設定されると、地磁気方位センサ１の収集デ
ータ個数カウンタｉが０にリセットされ（ステップ１０
２）、以後地磁気方位センサ１から逐次出力される出力
値が収集され記憶されることになる。

【００３３】すなわち、ステップ１０４では、上記収集
データ個数カウンタｉがカウントアップされるととも
に、ステップ１０６では、地磁気方位センサ１が出力す
る第ｉ番目の出力電圧Ｖｘ，Ｖｙは出力値｛Ｘ（ｉ），
Ｙ（ｉ）｝として収集され、記憶されるようなされてい
る。

【００３４】上記の如くして地磁気方位センサ１の一定
数の出力値が収集記憶されると、次にこれが所定数Ｎを
越えたか否か判断される（ステップ１０８）。

【００３５】ここで収集された出力値がＮを越えていな
ければ（ステップ１０８でＮＯ）、さらに収集記憶され
るとともに、Ｎを越えていれば（ステップ１０８でＹＥ
Ｓ）、ステップ１１０に進み、上記収集データに基づい
て、まず次式で示される出力円の中心座標位置が初期値
（Ｘ₀ ，Ｙ₀ ）として算出されることになる。

【００３６】

【数２】 一方、上記演算とともに、その時点での地磁気方位セン
サ１の初期磁化強度（出力円の半径）Ｒ₀ も算出され
る。

【００３７】この初期磁化強度Ｒ₀ は、上記初期値（Ｘ
₀ ，Ｙ₀ ）を中心とする出力円の半径に当たり、平均地
磁気強度である３０mG( ミリガウス）相当の長さで出力
円上に描かれ得るものである。

【００３８】こうして、初期値（Ｘ₀ ，Ｙ₀ ）および初
期磁化強度Ｒ₀ が算出されると、次に初期値（Ｘ₀ ，Ｙ
₀ ）で示される座標と地磁気方位センサ１から逐次出力
される出力座標値｛Ｘ（ｉ），Ｙ（ｉ）｝との距離と、
初期磁化強度Ｒ₀ で出力円上に表わされる距離との差の
二乗の和が算出される（ステップ１１２）。

【００３９】すなわち、まず初期値で示される座標（Ｘ
₀ ，Ｙ₀ ）と、地磁気方位センサ１の出力値で示される
座標｛Ｘ（ｉ），Ｙ（ｉ）｝との距離Ｒｉは次式で得ら
れる。

【００４０】 Ｒｉ＝［｛Ｘ（ｉ）−ｘ₀ ｝² −｛Ｙ（ｉ）−Ｙ₀ ｝² ］^1/2 …（７） 従って、初期値（Ｘ₀ ，Ｙ₀ ）および地磁気方位センサ
１の出力値で示される距離Ｒｉと、初期磁化強度Ｒ₀ で
示される距離の差の二乗の和（以下、二乗和という）Ｊ
は次式で得られることになる。

【００４１】

【数３】 そして、本実施例では、上記二乗和Ｊを最小にする中心
座標を得ることによって出力円の着磁補正をするという
最小二乗法の演算手法を基本にして、以後の演算処理が
なされている。

【００４２】ところで、上記（８）式において、二乗和
Ｊを最小とするということは、二乗和Ｊを最小にするＸ
₀ ，Ｙ₀ ，Ｒ₀ を求めることに帰着する。

【００４３】そして、この場合、次式（９），（１
０），（１１）で示される二乗和ＪのＸ₀ ，Ｙ₀ ，Ｒ₀
に関する導関数が０となることが必要条件となる。

【００４４】すなわち、

【数４】 従って、上記（９），（１０），（１１）の各式を満足
するＸ₀ ，Ｙ₀ ，Ｒ₀ を求めれば、そのＸ₀ ，Ｙ₀ で示
される座標位置が、補正後の地磁気方位センサ１の中心
座標となることになる。

【００４５】しかし、上記（９），（１０），（１１）
式を満たす方程式の解析解を求めることはできない。

【００４６】そこで、本実施例では、Ｎｅｗｔｏｎ−Ｒ
ａｐｈｓｏｎ法を用いて、次式（１２），（１３），
（１４），（１５）によりＸ₀ ，Ｙ₀ ，Ｒ₀ の修正量
ｈ，ｌ，ｍを求めることにする（ステップ１１４）。

【００４７】

【数５】 とする。

【００４８】すなわち、Ｘ₀ ，Ｙ₀ ，Ｒ₀ の数値解を求
めることは上記（１２），（１３），（１４），（１
５）の各式を満たす修正量ｈ，ｌ，ｍを求めることに収
束する。

【００４９】そして、本実施例では、上記修正量ｈ，
ｌ，ｍが所定値以下となった場合のＸ₀ ，Ｙ₀ が地磁気
方位センサ１の出力円の中心となることになる（ステッ
プ１１６〜１２０）。

【００５０】すなわち、上記修正量ｈ，ｌ，ｍの値が、
ステップ１００で設定された収束判定定数εｘ，εｙ，
εｒと比較され、全ての値が上記定数より小さい場合
（ステップ１１６，１１８，１２０でいずれもＹＥ
Ｓ）、そのときのＸ₀ ，Ｙ₀ の値を、出力円の中心座標
とするものであり、これにより上記車体着磁補正回路４
の処理は終了されることになる。

【００５１】一方、上記修正量が１つでも収束判定定数
より大きい場合（ステップ１１６，１１８，１２０のい
ずれかでＮＯ）、Ｘ₀ ，Ｙ₀ ，Ｒ₀ に上記修正量ｈ，
ｌ，ｍをそれぞれ加え（ステップ１２２）、これを新し
い初期値および初期磁化強度とし、再びステップ１１２
に戻ることになる。

【００５２】そして、以下所定の収束定数が得られるま
でステップ１１２〜１２２の処理が繰り返されることに
なる。

【００５３】上記の如く、本実施例にあっては、最小二
乗法の演算手法を取入れ、地磁気方位センサ１の出力円
が本来真円を描くことを前提とし、逐次得られるセンサ
出力値と出力円の半径との差の累乗和を最小にすべく演
算処理することにより、出力円の中心座標を補正するよ
うなされている。

【００５４】このため、磁場環境の悪化により、出力円
が大きく歪んだ場合においても、精度良く出力円の中心
座標を補正することができることになる。

【００５５】また、センサ出力値が、出力円の全周に亘
ってたくさん得られなくとも、出力値が真円を描くよう
繰り返し演算処理がなされるので、正確に１周旋回走行
しなくとも精度良く出力円の中心座標を補正できること
になる。

【００５６】

【発明の効果】本発明に係わる車両用方位計は、上記の
如く、車両走行中地磁気方位センサから出力される出力
値を逐次記憶し、この記憶された出力値の所定個から出
力円の中心座標位置の初期値を算出するとともに、上記
初期値および上記出力値との座標上の距離と、上記初期
値で与えられる出力円の半径との差の累乗の和を算出
し、この累乗和を最小にするよう演算処理することによ
って出力円の中心座標位置を補正するようなされてい
る。

【００５７】このため、精度良く出力円の中心座標位置
が補正できるとともに、補正のために１周旋回走行をし
なくて良い等の効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】クレーム対応図。

【図２】本発明のシステム構成を示すブロック図。

【図３】地磁気方位センサの構成説明図。

【図４】地磁気方位センサの励磁特性説明図。

【図５】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。

【図６】地磁気方位センサの検出作用説明図。

【図７】地磁気方位センサの検出電圧特性図。

【図８】車両走行方位の説明図。

【図９】出力円説明図。

【図１０】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。

【図１１】車体着磁による出力円の移動を示す説明図。

【図１２】本発明の処理手順を示すフローチャートであ
る。

【符号の説明】

１ 地磁気方位センサ ６ パーマロイコア ７Ｘ，７Ｙ 巻線 ８ 巻線（励磁用） ９ 励磁電源

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 地磁気方位センサにより検出された地磁
   気成分を、水平面上で互いに直交する２方向の成分に分
   解し、両地磁気成分が示す座標位置へ該位置が含まれる
   べき出力円の中心座標位置から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、 車両走行中上記地磁気方位センサから逐次出力される出
   力値を逐次記憶する出力値記憶手段と、 上記記憶された出力値の所定個の平均値を算出すること
   により上記出力円の中心座標位置の初期値を算出する初
   期値算出手段と、 上記初期値および上記逐次出力される出力値との座標上
   の距離と、上記初期値に基づいて与えられる出力円の半
   径との差の累乗の和を算出する累乗和算出手段と、 上記累乗和を最小にする初期値算出のため、初期値の修
   正量を演算する修正量演算手段と、 上記修正量に基づいて出力円の中心座標位置を補正する
   出力円補正手段と、 を有することを特徴とする車両用方位計。