JPH0521408B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、自動車用ナビゲーシヨンシステムな
どに使用する地磁気検出方式の方位検知装置に係
り、特に自動車など着磁されやすい移動体に装着
して常に正確な方位を検出するのに好適な検知装
置に関する。

〔発明の背景〕

自動車の走行経路を地図上に自動的にプロツト
したり、予め入力してある目的地に到達するのに
必要な走行方向を自動的に指示したりする、いわ
ゆる自動車用ナビゲーシヨンシステムが知られて
いるが、そのために必要なセンサの一つに方位検
知装置がある。

そして、この方位検知装置にも種々の方式のも
のが知られているが、そのうち、地磁気検出方式
によるものが比較的実用性に富んだものとして認
識されている。

しかして、この地磁気検出方式のものにも種々
の方式のものが知られているが、その一つとして
第２図に示すようなコア１と励磁コイル２、検出
コイル３，４からなるセンサ素子Ｓを用いるもの
がある。

この方式はフラツクスゲート方式などと呼ば
れ、パーマロイなどの高透磁率磁性体からなるリ
ング状のコア１にトロイダル状に励磁コイル２を
巻回し、これに例えば10KHz位の交番電圧を加え
て励磁しておく。一方、このコア１には、さらに
検出コイル３，４がそれぞれ90度の角度で交差し
て巻回されている。従つて、このままでは、検出
コイル３，４には何も信号は現われない。

しかしながら、このコア１の水平面内に沿つて
磁界Ｈが加えられると、コア１の磁化状態が変
り、検出コイル３，４には励磁コイル２に流れて
いる交番電圧による信号V_X，V_Yが誘起され、出
力として現われるようになる。そして、磁界Ｈの
方向を変えてやると、これらの信号V_X，V_Yはそ
れぞれ磁界Ｈの入射方向θの変化に応じて正弦波
状に、かつ相互に90度の位相差をもつて変化する
ものとなる。

そこで、検出コイル３の出力信号V_Xを横軸に、
そして検出コイル４の出力信号V_Yを縦軸にとつ
て直角座標上に表わすと、磁界Ｈの入射方向θの
変化に対する信号V_XとV_Yの交点の軌跡は、第３
図に示すように、座標（V_XN，V_YN）を中心点Ｏ
とする円軌跡Ａとなる。そして、このときの中心
点Ｏの座標は他の条件が変らなければ定数となる
から、この中心点の出力V_XN，V_YNを基準として、 θ＝tan^-1（V_Y−V_YN／V_X−V_XN） ……(1) により磁界Ｈの入射方向θを求めることができ
る。

従つて、この磁界Ｈが地磁気によるものとなる
ようにすれば、その入射方向θは方位を表わすこ
とになり、方位検知装置を得ることができる。

ところで、自動車など、その構成材料に鉄など
の磁性体を多く含む移動体では、それ自体が磁化
されている状態、つまり着磁状態にあることが多
い。そして、この着磁状態は、外的磁界によつて
影響され、例えば、直流電気鉄道線路に近接した
場合などには着磁状態が変化してしまう。

しかして、このように、地磁気検出方式の方位
検知装置を自動車などの移動体に装着した場合、
その移動体の着磁状態が変化すると、上記した中
心点Ｏの座標にずれを生じ、この結果、方向検出
に誤差が生じてしまう。

そこで、このような移動体の着磁状態の変化を
自動的に補正する方法として、センサ素子の出力
が所定の範囲を越えた場合には、第３図の座標上
でＸ軸とＹ軸の双方にそれぞれに平行な基準軸を
設定し、センサ素子の出力がこれらの基準軸を横
切る、４箇所の点全てのデータが揃つた時点で、
これらのデータに基づいて正しい中心点Ｏを求め
るようにしたものが特開昭59−100812号公報によ
つて提案されている。

しかしながら、この提案されている方法では、
上記したように、座標面で広い範囲にある４箇所
の点に関するデータが全て取り込まれるようにし
なければならず、このために、自動車などの移動
体を、ほぼ360度にわたつて旋回させる必要があ
り、自動車などでは実用し難いという問題点があ
る。

〔発明の目的〕

本発明は、上記した従来技術の問題点に鑑みて
なされたもので、その目的とするところは、移動
体の着磁状態変化補正に必要な、移動体の旋回操
作が少なくて済み、高い実用性を保つことができ
る地磁気検出方式の移動体方位検知装置を提供す
るにある。

〔発明の概要〕

円の中心座標の算出には、基本的には円周上の
３箇所の点の座標が求まればよい。しかして、こ
のとき、これら３箇所の点が充分に離れていない
ときには、高い算出精度を保つことはできない
が、とにかく中心を求めることは可能である。

そこで、本発明は、このような認識にたち、上
記した目的を達成するため、中心点座標補正の必
要を生じたときには、必要なデータの取込みを続
けながら、上記した補正に必要な３箇所の点のデ
ータが揃い次第に中心点の算出行ない、新たな中
心点として順次設定し、つぎに検出された少なく
とも１点の信号対が、新たな中心点座標に基づ
き、予め定めた円軌跡の範囲内に位置するか否か
を判断し、円軌跡範囲内にない場合には、保持し
た３点の信号対とさらに保持した少なくとも１点
の信号対とのうち、互いに最も離れた３点を選定
し、選定された３点によつて上記円軌跡の中心点
の座標を算出し、算出した座標を新たな中心点座
標として設定するようにした点を特徴とする。

〔発明の実施例〕

以下、本発明による移動体の方位検知装置につ
いて、図示の実施例により詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例で、センサ素子Ｓは
第２図で説明したとおりであり、このセンサ素子
Ｓの励磁コイル２には励磁回路５を介して発振器
６から周波数（例えば＝10KHz）の交番信号
が供給され、これにより検出コイル３と４からの
出力信号S_X，S_Yが取出されるようになつている。
そして、このとき、検出コイル３又は４の一方の
軸を移動体の移動方向に一致させておく。

これらの出力信号S_XとS_Yは、それぞれ正と負
の交番パネス状として現われるため、検波器７，
８で発振器６からの周波数２の信号によつて同
期検波され、これにより正極性のパルスとなり、
積分器９，１０で平滑化されて電圧信号となり、
アンプ１１，１２により所定のレベルの出力信号
V_X，V_Yとして取出される。

このとき、定電圧回路１３からは定電圧V_Oが
供給されており、これにより第３図で説明した中
心点Ｏの座標となる電圧V_XN，V_YNが与えられる
ようになつている。

つまり、V_O＝V_XN＝V_YNとなつている。

一方、マイコンのCPUからなる演算処理部１
４はＡ／Ｄ（アナログデイジタル変換器）１５を
介して信号V_XとV_Yを取込み、第２図に関連して
説明したように、上記(1)式の方法で方位θの算出
を行ない、必要に応じて結果を表示器１８で表示
させる。このとき、必要に応じてメモリ１６との
間でのデータのやりとりを行ない、さらに必要な
ときには移動体の移動速度を車速センサ１７から
取込むようにする。

演算処理部１４による方位θの演算処理は既に
(1)式で説明したとおりであるから、以下は、中心
点Ｏの補正処理について説明する。

まず、補正処理を行なうためには、移動体の着
磁による補正の必要が発生したことを検知しなけ
ればならない。

そこで、この実施例では、自動車など移動体の車
体が着磁されたかどうかを検出するために第３図
の斜線部で示す出力安定領域Ｂを設ける。なお、
この領域Ｂに幅を持たせているのは、移動中にセ
ンサ素子Ｓの出力が建物などの影響から微小変化
することを考慮したためで、この幅は方位誤差の
安全率より所定値に設定するようにすればよい。

そして、この安定領域Ｂ内に出力が納まつてい
るかどうかは、出力特性円の半径ｒが次式の条件
を満たしているかどうかを定期的に判定して行な
うようにしてある。

r_MIN＜ｒ＝√（_X−_XN）²＋（_Y−_YN）²＜r_MAX
……(2) なお、r_MIN，r_MAXは第３図に示すように、安定領
域Ｂの内径と外径である。

こうして、車体の着磁変化を判定する訳である
が、実際の走行中には、着磁変化の起らない程度
の外部磁界がセンサ素子Ｓに加えられたときにも
安定領域Ｂを飛出ることがある。これは、例えば
着磁量の大きい車が近くを通るなど、大きな磁性
体成分とすれ違う時に生じる現象であるが、この
場合では、ループＣの様に再び安定領域内に戻つ
て来る。従つて、この現象による場合と着磁量変
化が本当に起こつた場合とを識別するためには、
ある程度距離を走つて出力の変化を見る必要があ
り、そのため、この実施例では、車体センサ１７
からのパルス数をカウントして行なうようになつ
ており、その間の方位出力は(2)式の判定を行なう
前のものを保持するようになつている。

ここで、移動体が着磁を受ける場合について説
明すると、意図的にマグネツトを車体につけた場
合と、上記したように、直流電気鉄道の線路を横
切つたときに強磁界を受けた場合との２つの場合
が考えられるが、走行中には後者のみが起こると
考えればよい。

こうして着磁量が変化した場合、第４図に示す
様に出力特性円Ａの中心がO′（V_XN′，V_YN′）へ移
るため、ほとんどの領域で出力は(2)式の条件を満
足しなくなり、確実に補正モードに切換えること
ができる。

次に、この着磁補正処理について説明する。

まず、補正モードに切り変つたら、真の中心点
を算出するため、着磁後の安定した出力特性円上
の点のデータを少なくとも３点取込む必要があ
る。そこで、この実施例では、一定距離を走行
中、出力の変動幅が一定値以内にあることを条件
として随時データの取込を行なうこととし、３点
分のデータが得られた時点で次の計算を行なうよ
うになつている。

今、第５図に示す様にP₁（x₁，y₁），P₂（x₂，
y₂），P₃（x₃，y₃）の３点を表わすデータが取込ま
れたとすると、点P₁とP₂に対する等距離直線Ｄ
は次式にて求まる。ここで、等距離直線とは、２
つの点から等しい距離にある少くとも２つの点を
結ぶ直線の意である。

Ｙ＝x₁−x₂／y₂−y₁Ｘ＋y₂ ²−y₁ ²−x₁ ²＋x₂ ²／２（y₂−
y₁）……(3) 同様にして、点P₂とP₃に対する等距離直線Ｅは、 Ｙ＝x₂−x₃／y₃−y₂Ｘ＋y₃ ²−y₂ ²−x₂ ²＋x₃ ²／２（y₃−
y₂）……(4) として求まり、これら、(3)、(4)により、求めるべ
き交点（V_XN，V_YN）Ｆは、 V_XN＝y₃ ²−y₂ ²−x₂ ²＋x₃ ²）（y₂−y₁）−（y₂ ²−y₁
²）＋（x₁ ²＋x₂ ²）（y₃−y₂）／２｛（x₁−x₂）（y₃−y
₂）−（x₂−x₃）（y₂−y₁）｝……(5) V_XN＝x₁−x₂／y₂−y₁V_XN＋y₂ ²−y₁ ²−x₁ ²＋x₂ ²／（2y₂
−y₁）……(6) ここで、各点P₁，P₂，P₃が接近していた場合
は、誤差が大きくなる可能性があるので、この実
施例では、判定条件として、P₁（x₁，y₁）と中心
点（V_XN，V_YN）との距離がr_MINとr_MAXの間にある
かを判定するようになつている。

r_MIN＜√（_XN−₁）²＋（_YN−₁）²＜r_MAX……(7
) なお、(7)式の条件を満しても真の中心点でない
場合もあるが、本実施例としては、(7)式を満さな
い場合は、そのまま補正モードにとどめるが、(7)
式の条件を満したときには一応着磁補正が完了し
たものとして、方位演算式(1)に使う中心点のデー
タを入れ替えるようにしてある。従つて、この時
点で新たな安定出力領域が設定されるが、このと
き、センサ素子Ｓの出力が一定変化幅内で、この
安定出力領域をはずれて行つた場合には再び補正
モードに入る。しかして、この実施例では、この
場合でも、前のP₁，P₂，P₃の出力は保持してお
き、新たに別の点P₄を取込み、前のデータも含
めて４点のなかで互いに最も離れた３点を選定
し、これらにより、新たに(5)，(6)，(7)の計算を行
ない、これにより処理時間が短くて済むようにし
ている。なお、この時点で新たに取込む点の数は
１点でなく複数点でもかまわない。

自動車などの移動体では、移動中にその方位が
全く変らないということは、極めて希なことであ
り、通常はかなりの方位変化を伴つている。

従つて、以上の実施例によれば、補正モードに
なつたときにも特に走行状態を変える必要がな
く、通常の走行状態のままでとにかく着磁補正が
得られ、高い実用性を与えることができる。

そうして、この実施例によれば、補正動作に必要
な条件が通常走行中にも容易に得られるから、短
かい時間で必要な着磁補正が得られ、大きな誤差
にまで広がる虞れが少なく、精度を充分に高く保
つことができる。

なお、以上の実施例では、式(1)〜(6)の演算をそ
の都度、演算処理部１４で行なうように説明した
が、これらの一部または大部分をテーブル化し、
テーブル検索で処理することも可能で、このよう
な実施例によれば、さらに処理を容易に行なうこ
とができる。

また、以上の実施例によれば、上記の式(2)〜(6)
から明らかなように、着磁補正のための演算処理
の内容が従来技術の場合よりも簡単で済み、演算
処理部１４におけるソフトウエア負荷が少くて済
む。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、自動車
などの移動体が通常の移動状態にあるときでも容
易に着磁補正のために必要な条件が満たされるか
ら、従来技術の問題点を解消し、着磁補正の必要
性を生じたときには直ちにそれが可能になり、ナ
ビゲーシヨンシステムに適用した場合での誤差の
累積をなすことができ、高精度を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による移動体方位検知装置の一
実施例を示すブロツク図、第２図はセンサ素子の
説明図、第３図は方位検出と着磁変化判定の説明
図、第４図は着磁変化による特性変化の説明図、
第５図は本発明の一実施例による補正動作の説明
図である。 Ｓ……方位センサ素子、１……コア、２……励
磁コイル、３，４……検出コイル、５……励磁回
路、６……発振器、７，８……検波器、９，１０
……積分器、１１，１２……アンプ、１３……定
電圧源、１４……演算処理部、１５……Ａ／Ｄ、
１６……メモリ、１７……連速センサ、１８……
表示部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 水平面内での地磁気磁界の方位変化により直
   角座標面上での直交位置が円軌跡として現われる
   第１と第２との信号からなる信号対を得、この信
   号対により上記円軌跡上に与えられる点座標によ
   り地磁気磁界の方位を検出する方式の移動体方位
   検知装置において、 上記円軌跡上で互いに離れた任意の３点の座標
   に対応して順次現われる上記信号対を保持する手
   段を設け、 移動体の着磁に伴う上記円軌跡の中心点座標の
   変化が所定値に達したとき、上記保持した３点の
   信号対によつて上記円軌跡の中心点の座標を算出
   し、算出した座標を新たな中心点座標として設定
   し、 少なくとも１点の新たな信号対をさらに保持
   し、上記新たな中心点座標に基づいて、上記新た
   に保持した少なくとも１点の信号対が予め定めた
   円軌跡の範囲内に位置するか否かを判断し、 上記円軌跡範囲内にない場合には、上記保持し
   た３点の信号対と上記新たに保持した少なくとも
   １点の信号対とのうち、互いに最も離れた３点を
   選定し、選定された３点によつて上記円軌跡の中
   心点の座標を算出し、算出した座標を新たな中心
   点座標として設定するように構成したことを特徴
   とする移動体方位検知装置。 ２ 請求項１において、上記円軌跡の中心点座標
   の変化が所定値に達したことの検出を、上記信号
   対による点座標が、上記円軌跡の内側と外側に所
   定の距離だけ離して設定してある第１と第２との
   同心円のいずれかに達したことにより行うように
   構成したことを特徴とする移動体方位検知装置。