JPH0534156A - 車両用方位計 - Google Patents

車両用方位計

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JPH0534156A
JPH0534156A JP4001760A JP176092A JPH0534156A JP H0534156 A JPH0534156 A JP H0534156A JP 4001760 A JP4001760 A JP 4001760A JP 176092 A JP176092 A JP 176092A JP H0534156 A JPH0534156 A JP H0534156A
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裕史 上野
Hiroshi Tsuda
寛 津田
Toshiyuki Ito
敏行 伊藤
Okihiko Nakayama
沖彦 中山
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 精度良く地磁気方位センサ1の出力円中心座
標値が得られ、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。 【構成】 走行中に得られる全ての地磁気方位センサ1
の出力値を利用し、しかも各出力値には出力回数に比例
した重み付けをする。そして、センサ出力値によって描
かれる円が真円を描くべく、上記重み付け値に基づいて
出力円中心座標値を求め、その値が算出されたときの重
み付け値に基づいて中心座標値を補正する。

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値から
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
号公報に記載の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複数個サンプリングさ
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、補正を行う場所の磁場環境が
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
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。
【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。
【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図1のように構成され
ている。
【0010】この車両用方位計は、地磁気方位センサ1
により検出される地磁気成分を、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値から向か
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。
【0011】出力値記憶手段aでは、上記地磁気方位セ
ンサ1から逐次出力される出力値が出力円の含まれる座
標上の所定領域毎にその出力回数とともに記憶される。
【0012】出力値重み付け手段bでは、上記所定領域
に出力された出力回数に基づいて出力値に重み付けがさ
れる。
【0013】仮想値算出手段cでは、地磁気方位センサ
1より逐次出力される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値および半径の仮
想値が算出される。
【0014】出力値選定手段dでは、上記重み付けされ
た出力値に基づいて中心値設定用の出力値が選定され
る。
【0015】累乗和算出手段eでは、上記仮想値に基づ
いて与えられる出力円の中心座標値と上記選定される出
力値との座標上の距離と、上記仮想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る。
【0016】修正量演算手段fでは、上記累乗和を最小
にする仮想値算出のため、各仮想値の修正量が演算され
る。
【0017】中心座標値補正手段gでは、上記各仮想値
の修正量がいずれも所定値以下の場合、そのときの仮想
中心値および上記重み付け値に基づいて出力円の中心座
標値が補正される。
【0018】
【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。
【0019】図2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。
【0020】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検出する方位検
出部、4は本発明の特徴的な部分である車体着磁補正回
路でマイクロプロセッサを中心として構成されている。
【0021】図3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。
【0022】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は図4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。
【0023】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 は図5のように大きさが同じで方
向が反対となる。
【0024】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。
【0025】さらにこの地磁気方位センサ1へ図3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 は図6のように非対称となる。
【0026】したがって、巻線7Xには図7に示される
波形の検出電圧Vxが得られる。
【0027】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。
【0028】この地磁気方位センサ1は図8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V
x,Vy(出力値)が各々得られる。
【0029】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。 Vx=KBcos θ (1) Vy=KBsin θ (2) したがって、図8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) (3) で示される。
【0030】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図9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。 Vx2 +Vy2 =(KB)2 (4) 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。
【0031】ここで、その車両の車体が着磁して例えば
図10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、図11のように破線
位置から実線位置へ出力円が移動する。
【0032】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。
【0033】以下、図12〜図18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。
【0034】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値を適宜補正する
ようなされていることにある。
【0035】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値の「仮想値」
を得るため、地磁気方位センサ1の所定個のデータを収
集するためのセンサ出力値基準収集定数N,および後述
する出力円の中心座標値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)。
【0036】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。
【0037】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、続いてス
テップ106では、地磁気方位センサ1の出力電圧V
x,Vyが、出力円の含まれる座標上の所定領域毎にそ
の出力回数とともに記憶される。
【0038】図13は、上記ステップ106における処
理手順の詳細を示すフローチャートである。
【0039】同図において、まずステップ200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V
x,Vyが、出力値{X(i),Y(i)}として収集
され記憶される。
【0040】次にVxカウンタnがリセットされ(ステ
ップ202)、上記記憶された出力値X(i)が予め定
められた値xn,xn+1 の間にあるか否かが調べられる
(ステップ204)。
【0041】図18は、地磁気方位センサ1の出力電圧
Vx,Vyを座標上の出力値として示したものである
が、今同図を用いてステップ204の処理内容を説明す
ると、Vx電圧の出力値X(i)が、横軸のxnとx
n+1 で示される1セグメント幅Px内にあるか否かが調
べられていることになる。
【0042】そして、読出された出力値X(i)がxn
とxn+1 の間にある場合(ステップ204でYES)、
Vxカウンタnがnvとして記憶されることになる(ス
テップ210)。
【0043】一方、ステップ204でNOの場合、x
n+1 で示される出力値が予め定められた上限出力値n
MAX に達しているか否かが調べられ(ステップ20
6)、達していないならば(ステップ206でNO)、
Vxカウンタnがカウントアップされて(ステップ20
8)、再びステップ204以下の処理がなされることに
なる。
【0044】また、xn+1 で示される出力値が上限出力
値nMAX に達している場合(ステップ206でYE
S)、VxカウンタnMAX がnvとして記憶されること
になる(ステップ212)。
【0045】一方、センサ出力電圧Vyに関しても、V
yカウンタmにおいて、上記と同様の処理がなされる
(ステップ214〜224)。
【0046】すなわち、再び図18を用いて説明する
と、読出された出力値Y(i)が、縦軸のymとym+1
で示される1セグメント幅Py内にあるか否かが調べら
れることになる。
【0047】こうして、地磁気方位センサ1の出力電圧
Vx,Vyで示される出力値{X(i),Y(i)}が
X軸方向およびY軸方向において一定の値毎にカウント
アップされると、最後に出力回数カウンタj(nv,m
v)がカウントアップされる(ステップ226)。
【0048】以下、2番目以降に収集したデータについ
ても同様の処理がなされることになる。
【0049】この処理は、図18の斜線に示す如く、セ
ンサ出力電圧Vx,Vyで示される座標上において、セ
ンサ出力値が各セグメントに何回出力したか、すなわち
出力円の含まれる座標上の所定領域毎にセンサ出力値が
何回出力したかを記憶していることに等しい。
【0050】そして、上記の如くして記憶された各セグ
メントの出力回数は、後述する出力円の中心値補正に際
して出力値重みづけのためのパラメータとして使用され
ることになる。
【0051】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)。
【0052】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値が仮想中心
値(X0 ,Y0 )として算出されることになる。
【0053】
【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の仮想地磁気強度(出力円の半径)R0 も算出され
る。
【0054】この仮想地磁気強度R0 は、上記仮想中心
値(X0,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300mG( 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。
【0055】こうして、仮想中心値(X0 ,Y0 )およ
び仮想地磁気強度R0 が算出されると、次にステップ1
12において、中心値補正に用いられる出力値の設定処
理が行われる。
【0056】図14は、上記ステップ112における処
理手順の詳細を示すフローチャートであるが、この処理
では、まず計算データカウンタQが0か否かが調べられ
(ステップ300)、計算データカウンタQが0の場合
(ステップ300でYES)、ステップ302でQ=1
にセットされる。
【0057】そして、次に重みパラメータpがカウント
アップされ(ステップ304)、続いてVxカウンタn
とVyカウンタmがリセットされる(ステップ306,
308)。
【0058】次に、ステップ310では、出力回数カウ
ンタj(n,m)が、重みパラメータpに依存する変数
3(p−1)より大きいか否かが調べられる。
【0059】例えば、図18において斜線部分の出力回
数カウンタj(n,m)が、重みパラメータをpとする
一定の変数3(p−1)の値より大きいか否かが調べら
れることになる。
【0060】ここで、出力回数カウンタj(n,m)が
3(p−1)より大きい場合(ステップ310でYE
S)、そのときの出力値xn,ymが、出力回数カウン
タj(n,m)個だけ、中心値補正の算出処理に用いら
れるデータとして、(x1 ,y1 )(x2 ,y2 )、…
の如く、計算データカウンタQをパラメータとしてセッ
トされることになる(ステップ312)。
【0061】そして、この処理は、ステップ314〜3
22に示されるように、全ての出力回数カウンタj
(n,m)について行われる。
【0062】なお、本実施例では、重みパラメータp
は、出力回数に比例して設定するとともにこの出力回数
を3の倍数個ごとの段階に設定しているが、これは取得
信号の性質,センサ精度等に基づいて適宜設定すること
ができる。
【0063】上記の如くして、ステップ112の処理が
なされ、出力円の中心値補正に際して利用される出力値
データが得られると、次にステップ113(図15)の
処理により、仮想中心値(X0 ,Y0 )で示される座標
値とステップ112で設定された中心値補正用データで
示される出力座標値{X(i),Y(i)}との距離
と、仮想地磁気強度R0 で出力円上に示される距離との
差の二乗の和が算出される。
【0064】すなわち、まず仮想中心値で示される座標
(X0 ,Y0 )と、ステップ112の処理により設定さ
れた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。 Ri=[{X(i)-X0 2 +{Y(i)-Y0 2 1/2 (7) 従って、仮想中心値(X0 ,Y0 )で示される座標値と
ステップ112の処理により設定された出力値で示され
る座標値との距離Riと、仮想地磁気強度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。
【0065】
【数3】 そして、本実施例では、上記二乗和Jを最小にする仮想
中心値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。
【0066】ところで、上記(8)式において、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X
0 ,Y0 ,R0 を求めることに帰着する。
【0067】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
に関するそれぞれの導関数が0となることが必要条件と
なる。
【0068】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
される座標値が、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。
【0069】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。
【0070】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)。
【0071】
【数5】
【数6】 すなわち、X0 ,Y0 ,R0 の数値解を求めることは上
記(12),(13),(14),(15)の各式を満
たす修正量h,l,mを求めることに収束する。
【0072】そして、本実施例では、後述するように上
記修正量h,l,mがいずれも所定値以下となった場合
の仮想中心値(X0 ,Y0 )に基づいて出力円の中心座
標値が補正されるようなされている。
【0073】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)、後述するようにそのときのX0 ,Y0 の値に基づ
いて、出力円の中心座標値を補正するものである。
【0074】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)、上記演算された各修正量h,l,mに
基づき仮想値の修正がなされることになる。
【0075】すなわち、ステップ122(図16)に示
す如く、ステップ110で設定された各仮想値X0 ,Y
0 ,R0 に、上記演算された各修正量h,l,mを加
え、この値を新しい仮想値X0 ,Y0 ,R0 として、再
びステップ113以下の処理がなされることになる。
【0076】以下計算が収束するまでステップ113〜
122の処理が繰り返される。
【0077】そして、いずれの修正量をも満たす仮想中
心値(X0 ,Y0 )が得られると、ステップ130(図
17)において、上記仮想中心値(X0,Y0)は補正
中心値(Xcp,Ycp)として記憶されるとともに、
その重みパラメータpも記憶される。
【0078】そして、VxカウンタnおよびVyカウン
タmがリセットされると(ステップ132,134)、
続いてステップ136〜144の処理により、出力回数
カウンタj(n,m)が重みパラメータをpとして3p
以上の出力値が3点以上あるか否かが調べられる。
【0079】ここで、上記の如き出力値が3点以上ある
場合(ステップ136でYES)、再びステップ112
の処理に戻り、重みパラメータpを1カウントアップ
し、再び収束計算を行うための出力値設定処理がなされ
ることになる。
【0080】一方、上記の如き出力値が3点以上ない場
合(ステップ136でNO)、上記ステップ130で記
憶した補正中心値(Xcp,Ycp)と重みパラメータ
pに基づき、次式の如く、重みパラメータpで加重平均
された補正中心値(Xc,Yc)が得られることになる
(ステップ146)。
【0081】
【数7】 上記の如く、本実施例にあっては、最小二乗法の演算手
法を取り入れるとともに、車両走行中に得られるセンサ
出力値に重み付けをして、その重みに応じて出力値を段
階的に選別する。
【0082】そして、上記の如くして得られたセンサ出
力値に基づいて中心値および半径の仮想値を設定し、該
仮想値の値を変化させながら、仮想値で示される中心座
標を地磁気センサの出力値で描かれる出力円の中心座標
へ収束させるようなされている。
【0083】また、段階的に選別された出力値を用いて
演算された中心座標値は、選別されたときの重みパラメ
ータを用いて加重平均され新しい補正中心値が得られる
ようなされている。
【0084】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
座標を得ることができることになる。
【0085】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得ることができ
ることになる。
【0086】
【発明の効果】本発明に係わる車両用方位計は、上記の
如く、走行中に得られる全てのセンサ出力値を利用する
とともに、各々の出力値に出力回数に比例した重み付け
をする。
【0087】そしてセンサ出力値によって描かれる円が
真円を描くべく重み付け値に基づいて出力円中心座標値
を求め、その値が算出されたときの重み付け値に基づい
て中心座標値が補正されるようなされている。
【0088】このため、精度良く出力円の中心座標値が
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】本発明のクレーム対応図。
【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】本実施例の処理手順を示すフローチャート。
【図13】出力回数カウンタを記憶する際の処理手順を
示す詳細フローチャート。
【図14】中心値設定用の出力値を選定する際の処理手
順を示す詳細フローチャート。
【図15】最小二乗和算出の処理手順を示すフローチャ
ート。
【図16】仮想値に修正量を加算する場合の処理手順を
示すフローチャート。
【図17】補正中心値算出の処理手順を示すフローチャ
ート。
【図18】センサ出力値が座標上の特定セグメントに記
憶される場合の説明図。
【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
フロントページの続き (72)発明者 中山 沖彦 神奈川県横浜市神奈川区宝町2番地 日産 自動車株式会社内

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 【請求項1】 地磁気方位センサにより検出される地磁
    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値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、 上記地磁気方位センサから逐次出力される出力値を出力
    円の含まれる座標上の所定領域毎にその出力回数ととも
    に記憶する出力値記憶手段と、 上記所定領域に出力された出力回数に基づいて出力値に
    重み付けをする出力値重み付け手段と、 地磁気方位センサより逐次出力される出力値の所定個の
    平均値を算出することにより上記出力円の中心座標値お
    よび半径の仮想値を算出する仮想値算出手段と、 上記重み付けされた出力値に基づいて中心値設定用の出
    力値を選定する出力値選定手段と、 上記仮想値に基づいて与えられる出力円の中心座標値と
    上記選定される出力値との座標上の距離と、上記仮想値
    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仮想値算出のため、各仮想値の
    修正量を演算する修正量演算手段と、 上記各仮想値の修正量がいずれも所定値以下の場合、そ
    のときの仮想中心値および上記重み付け値に基づいて、
    出力円の中心座標値を補正する中心座標値補正手段と、 を有することを特徴とする車両用方位計。
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