JPH0553208B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 運輸体に固定的に配設されている磁力計およ
び該磁力計に接続されている評価回路を有する電
子コンパスを用いて運輸体の進行方向を求める際
の角度誤差を補正する方法であつて、前記磁力計
では、２つの水平方向に配置されたセンサが磁界
を測定するために相互に直角な関係にある軸線上
に配置されており、前記評価回路において測定さ
れた磁界に依存する信号が、進行方向を計算する
ために検出される形式のものにおいて、運輸体１
９の進行方向の長手軸線Ｘ傾斜Ψに依存してい
る、進行方向の角度誤差Δを補償するために、
まず地磁気H〓の伏角αを校正量Ｅとして評価回
路に入力しかつ記憶し、かつ引続いて傾斜測定位
置１２によつて、運輸体の傾斜角度Ψを循環的に
求めかつ最終的に評価回路１１において磁力計１
０から発生される電気信号を用いて計算される進
行方向′並びに校正量Ｅおよび計算された傾斜角
度Ψから関数式（＝ｆ（Ψ、′、Ｅ））にしたが
つて補正された進行方向を求めることを特徴とす
る角度誤差の補正方法。

２ 傾斜角度Ψを、運輸体１９に支承された物体
２１の重力加速度ｇおよび勾配抵抗加速度ａから
求める請求の範囲第１項記載の方法。

３ 傾斜角度Ψを評価回路において式 sinΨ＝（a′−ｃ）／ｇにしたがつて計算し、そ
の際a′は物体２１に進行方向において作用する加
速度、ｃは運輸体１９の、進行方向における加速
度およびｇは重力加速度である特許請求の範囲第
２項記載の方法。

４ 量ｃを、評価回路１１において進行速度発生
器２５の信号変化（dv／dt）から計算する請求
の範囲第３項記載の方法。

５ 校正量Ｅを、等伏角線の記入されている地図
から取り出しかつ較正キーを介して評価回路１１
に入力する請求の範囲第１項から第４項までのい
づれか１項記載の方法。

６ 運輸体１９をまず、前以つて決められた方位
においてかつ長手軸線の前以つて決められた傾斜
の所に設置し、かつ方位および傾斜を固定量₀，
Ψ₀として評価回路１１に入力し、かつ運輸体１
９のこの設置位置において、磁力計１０の電気信
号から進行方向′₀を計算しかつ最終的に入力さ
れた量および計算された進行方向′₀から校正量
Ｅを関数式（Ｅ＝ｆ（Ψ₀、₀、′））にしたがつ
て求めかつ記憶する請求の範囲第１項から第４項
までのいづれか１項記載の方法。

従来の技術 本発明は、特許請求の範囲第１項の上位概念に
記載の、電子コンパスを用いて運輸体（以下自動
車を例として説明する）の走行方向を求める際の
角度誤差を補正するための方法から出発してい
る。ドイツ連邦共和国特許第2754888号明細書か
ら、ナビゲイシヨンシステムにおいて自動車の走
行方向は２軸線磁力計によつて求めることがで
き、磁力計の出力信号は自動車における妨害磁界
を補償するために補正ユニツトに供給され、この
補正ユニツトにより出力信号の零点シフトを行な
い、同時に出力信号の１つを比例して変化させ
る。この解決策では、自動車において固定ベクト
ルを有する妨害磁界が存在しかつこの磁界は自動
車の車体によつて自動車の配向に応じて多かれ少
なかれしやへいされる地磁気と重畳されているこ
とから出発している。走行方向を示す基準となる
地磁気は水平線に対していわゆる伏角に基いて上
方から地表面に向かつて斜めに発生するので、走
行方向を求める際、磁力計の一方の軸線が走行方
向に配置されており、他方の軸線が走行方向を横
断する方向に配置されることにより、走行平面内
にある、地磁気成分のみしか磁力計によつて検出
されない。電子コンパスが固定的に組み込まれて
いる場合、自動車が水平な区間を走行している限
りは測定誤差は発生しない。しかし上り坂または
下り坂では、電子コンパスにおける走行方向の測
定の際には、上り坂または下り坂に応じしかも走
行方向に依存して30゜までをとる可能性がある角
度誤差が発生する。この角度誤差を避けようとす
る場合、磁力計は、磁力計の軸線が登坂走行およ
び降坂走行においても水平な平面内にあるよう
に、コストがかゝりかつ障害を受け易いカルダン
懸架装置を有していなければならない。しかしこ
の場合カーブ走行、自動車の加速または減速の際
に測定誤差が発生する。

本発明の解決法によれば、自動車のシヤフトの
傾きに依存する角度誤差を簡単な方法で補償しよ
うとするものである。

本発明の利点 特許請求の範囲第１項の特徴事項を有する本発
明の方法は、電子コンパスの測定精度が、傾きに
依存する角度誤差の補償によつて著しく改善され
るという利点を有する。別の利点として挙げるこ
とができるのは、磁力計をその軸線について定置
に固定して自動車内に組み込むことができること
である。カルダン懸架装置は使用されない。

特許請求の範囲の実施態様項に記載の構成によ
つて、特許請求の範囲第１項に記載の特徴の有利
な実施例および改良が可能である。傾き角度を、
自動車内に支承されている物体の重力加速度およ
び勾配抵抗（Hangabtriebskraft）を求めると特
別有利である。この場合自動車の加速または減速
による測定誤差を回避するためにさらに、自動車
の傾き角度Ψを電子コンパスの評価回路において
式sinΨ＝（a′−ｃ）／ｇから計算することが提案
される。その際a′は、物体において走行方向に作
用する全加速度であり、ｃは走行方向における加
速度であり、ｇは重力加速度である。その際自動
車の、走行方向における加速度は有利には評価回
路において走行速度発生器の信号変化から求めら
れる。

図 面 本発明の実施例は図面に図示されておりかつ引
続く記述において詳しく説明する。第１図は、傾
きに依存する角度補正を用いて自動車の走行方向
を本発明により求めるための電子コンパスのブロ
ツク回路図を示し、第２図は登坂する自動車を含
んでいる座標系を示し、第３図は、磁力計によつ
て測定される磁界ベクトルを有する自動車の図で
あり、第４図は、自動車の走行方向と関連した角
度誤差を道路勾配に依存して表示する線図であ
り、第５図は、測定された北方向および実際の北
方向を自動車シヤフト（長手軸線）と関連付けら
れた座標系において示す図であり、第６図は、自
動車の傾き角度測定装置の略図であり、第７図お
よび第８図は、第１図の電子コンパスの動作を説
明するフローチヤートの図である。

実施例の説明 第１図には、ナビゲイシヨンのために自動車に
固定的に組み込まれている電子コンパスのブロツ
ク回路図である。電子コンパスは、検出器１０、
評価回路１１、傾き測定装置１２および指示部１
３から成る。例えば乗用車（第３図）の屋根の下
中央に取り付けられている検出器１０は、時間的
にコード化された信号を発生する磁力計を含んで
いる。磁力計は、２つのセンサを備えている。セ
ンサは磁界センサそれぞれに対して１つの電流供
給部および信号成形段と一緒に検出器１０内に収
容されている。評価回路１１は実質的に、入力側
に検出器信号が供給されるマイクロコンピユータ
によつて実現される。自動車の走行方向の検出の
際の傾きに依存した角度誤差を補正する本発明の
方法をわかり易くするために評価回路１１は、記
憶段１４、補正されていない方位′の計算のため
の計算段１５、自動車のシヤフト（長手軸線）の
傾きを求めるための別の計算機段１６、補正また
は校正量を求めるための補正段１７並びに角度補
正のための別の計算段１８に分けて図示されてい
る。補正段１７の種々の入力側を介して固定の方
位₀、固定の傾き角度Ψ₀または地磁気Ｈ〓の伏角
αを校正量として評価回路１１に入力することが
できる。計算段１８の出力側は、その他の情報の
他に、自動車の走行方向を指示することができる
指示部１３に接続されている。

第２図には、斜面にある自動車１９が座標系に
おいて図示されている。この座標系は、水平方向
の軸X₀および垂直方向の軸Z₀を有する。斜面は
水平方向の軸X₀に対して角度Ψを形成する。第
２図はその他に、平行な矢印によつて、自動車１
９に作用する地磁気H〓の方向を示す。地磁気H〓
は水平方向の面に対して、数百キロメータの範囲
において実際には変わることがない伏角αを形成
する。地表面における同じ伏角を有する地点を結
ぶ線は、等伏角線と称される。それは、ナビゲイ
シヨンの教本において地図に書き込まれている
（参考になるのはH.ビル、S.クシンスキイ、L.ウ
ーリヒ著“ライトフアーデン・デア・ナヴイガテ
イオン−テレストリツツエ・ナヴイガテイオン”、
交通局トランスプレスVEB社刊、ベルリン、
（1968年）（H.Birr、S.Kuschinsky、L.Uhlig
“Leitfadender Navigation−Terrestrische
Navigation”，Transpress VEB−Verlag fuer
Verkehrswesen Berlin、）。

第３図には自動車１９が平面図にて図示されて
いる。走行方向を求めるために検出器１０はその
一方のセンサ軸線が自動車のシヤフト上にあり、
他方のセンサ軸線ｙがこのシヤフトを横断する方
向にあるように配向されている。その際検出器１
０は、検出器に作用する磁界ベクトルＨのＸおよ
びＹ成分を測定する。磁界ベクトルは、固定の妨
害磁界ベクトルＨｓおよび地磁界ベクトルＨ〓か
ら組み合わされている。破線で示すように、検出
器１０において作用する地磁界ベクトルＨ〓は自
動車１９の回転の際自動車におけるしやへい効果
によつてその場所に惰円の円線図Ｏを描く。妨害
磁界Ｈｓ並びに円線図Ｏの位置および形状は校正
測定によつて求められかつメモリ１４に一定量と
して格納されるので、電子コンパスによつて、地
磁気Ｈ〓の方向が、磁気Ｈのベクトルを検出器１
０によつて周期的に測定することによつて、ベク
トル式を介して求められる。

第４図には、種々異なつた勾配Ψに対する線図
において基準方位Ｎを有する走行方向に依存し
て、方位の指示に対してその際発生する角度誤差
Δが図示されている。その際第５図に示すよう
に、角度は自動車シヤフト方向Ｘおよび北方向
との間の角度を形成する。線図（第４図）から、
水平面を走行する自動車においては角度誤差が発
生せずかつ北西方向における上りまたは下りの勾
配区間において最大の角度誤差が発生することが
わかる。その際10％の勾配区間（Ψ6゜）におい
て既にΔ13゜が発生する可能性がある。

この種の角度誤差Δを補償することができる
ように、傾き測定装置１２によつて循環的に自動
車シヤフトの傾きを検出しなければならない。そ
のために第６図に略示されているように最も簡単
な場合姿勢検出器２０が使用される。姿勢検出器
は自動車内に取付けられている物体２１から成つ
ている。物体は定置の台２２に載置されかつ側方
は２つの圧力センサ２３，２４によつて保持され
ている。台２２は、自動車の走行平面内にあり、
一方圧力センサ２３は走行方向に見てこれに対し
て垂直に物体２１の後方に配設されており、圧力
センサ２４は物体２１の前方に配置されている。
第２図に図示されている、物体２１に加わる加速
度の力の平行四辺形から、下り坂または上り坂に
応じて圧力センサ２３または２４によつて測定さ
れる勾配抵抗加速度
（Hangabtriebsbeschleunigung）ａおよび物体２
１に垂直方向において加わる周知の重力加速度ｇ
が生じる。自動車１９が加速されるかまたは制動
されると、物体２１に付加的にさらに、勾配抵抗
加速度ａと同じかまたは反対の方向に作用する加
速度ないし制動力±ｃが発生する。それ故に圧力
センサ２３および２４によつて送出されかつ評価
回路１１に供給される信号は、次の式から明らか
である、物体２１に走行方向において作用する全
加速度a′を表わす： a′＝ａ±ｃ 自動車１９が停止している場合または一様な速
度で走行している場合物体２１に作用する加速度
ｃ＝０である。その際勾配Ψに対して次の式が成
立つ： sinΨ＝ａ／ｇ（ａ＝a′） これに対して自動車１９の加速または減速の際
姿勢センサ２０によつて測定される全体の加速度
a′は、加速度ｃだけ補正されなければならない。
この加速度の検出は、最も簡単な場合には走行速
度発生器２５または回転速度計信号によつて行な
われる。走行速度信号は評価回路において微分素
子に供給されて、信号変化、したがつて加速度な
いし減速力ｃに対する量を得る。計算段１６にお
いて、このようにして求められた量から次の式： sinΨ＝（a′−ｃ）／ｇ にしたがつて勾配Ψを求めることができる。

ところで第７図のフローチヤートを用いて、傾
きに依存した角度誤差の補正が行なわれる自動車
１９の走行方向を求めるための方法を詳細に説明
したい。評価回路１１のプログラムのスタート後
第１プログラムステツプ２６において、評価回路
１１において既に校正量Ｅが記憶されているかど
うかが検査される。またそうでない場合には、プ
ログラムステツプ２７において補正段１７を介し
て地磁気の伏角αが入力されかつそれから記憶段
１４に格納される量Ｅが形成される。その際自動
車が走行する領域に対する伏角度αは最も簡単な
方法においては等伏角線を備えている地図から読
み取つて、入力キーを介して評価回路１１に入力
することができる。それから別のプログラムステ
ツプ２８において、傾き測定装置１２を用いて全
加速度a′および瞬時の走行速度ｖが測定されかつ
その値は測定信号として評価回路１１に供給され
かつそこで一時記憶される。次のプログラムステ
ツプ２９において評価回路１１の計算段１６によ
つて次の関係式： Ψ＝ｆ（a′、dv／dt、ｇ） から自動車の傾き角度がそのシヤフトに関して求
められかつ一時記憶される。その際速度変化
dv／dtは、測定された速度ｖと一時記憶された
先行の速度との差をそれに対して必要だつた時間
によつて割算することで決められる。次のプログ
ラムステツプ３０において検出器１０によつて測
定された、成分Hx，Hyを有する磁界Ｈが評価回
路１６の計算段１５において読み込まれかつステ
ツプ３１においてメモリ１４に格納された、地磁
気H〓（第３図）の円線図Ｏの値から次の関数式： ′＝ｆ（Ｈ、Hs、H〓） にしたがつて、自動車１９の、方位北に対して補
正されていない方位が求められる。それからこの
方位′、測定された傾き角度Ψおよび校正量Ｅを
用いて、プログラムステツプ３２において計算段
１８により次の関係式： ＝ｆ（′、Ψ、Ｅ） にしたがつて、自動車１９に対する補正された方
位が求められる。それからプログラムステツプ３
３においてこの値は指示部１３に供給される。そ
の際指示部１３は配風図の形式により走行方向が
矢印によつて指示されるかまたは走行方向が前以
つて決められた目的地との関連において指示され
る。

それから出力後にプログラムは再びプログラム
ステツプ２８に戻り、そこで新たに傾斜角度Ψを
求めるために、傾斜測定装置１２のデータが評価
回路１１に読み込まれる。

このプログラムステツプ並びに後続のステツプ
２９ないし３３においてプログラムが循環的に実
行され、その結果走行方向および自動車のシヤフ
トの傾斜のその都度の変化が相応に補正される。

第１図の評価回路１１によつて、伏角の入力を
行なわずにその代わりに、自動車１９によつて校
正測定を行なうこともできる。この目的のために
自動車１９はそのシヤフトが所定の方位、例えば
東の方向に、所定の傾斜角度、例えば10゜で設置
される。それから第７図のプログラムステツプ２
７において伏角の入力に代わつて、第８図によれ
ば第１のステツプ２７ａにおいて、自動車が方位
Ｎに対してとつている方位₀＝90゜および傾斜角
度Ψ₀＝10゜が評価回路１１の補正段１７において
入力される。このために最も簡単な方法において
は、自動車が前以つて決められた位置をとつたと
き、較正キーを押圧することができる。次のステ
ツプ２７ｂにおいて自動車１９の較正位置にて検
出器１０によつてそこに作用する磁界H₀が測定
されかつステツプ２７ｃにおいて計算段１５によ
つてこの測定量から方位′₀が求められかつ記憶
段１４に格納される。それからステツプ２７ｄに
おいて入力されたデータ₀，Ψ₀および測定され
た方位′₀から補正段１７において較正量Ｅが次
の関係式： Ｅ＝ｆ（₀、Ψ、′₀） にしたがつて求められかつ記憶段１４に記憶され
る。それから走行期間中に走行方向が第７図に図
示のフローチヤートにしたがつてステツプ２８な
いし３３によつて循環的に求められかつ指示され
る。

本発明は、図示の実施例に限定されるものでは
ない。というのは走行方向を検出するためのこの
種の電子コンパスは航空機にも、船舶に対しても
使用することができるからである。さらにコンパ
スは単に、走行方向を検出するばかりでなく、非
常に一般的に、例えば固定的に前以つて決められ
た出発地点から所定の目的地まで操縦されるべき
である自動車のナビゲイシヨンのためにも使用す
ることができる。このような場合例えば走行速度
発生器の信号が、コンパスによつて求められた走
行方向と一緒に、自動車１９のその都度の所在地
を求めるために利用される。自動車の傾きを求め
るために付加的に、相応に構成された評価回路を
用いて距離信号と一緒に自動車のその都度の所在
地高度も計算されかつ指示される。しかし高度情
報を後から較正するために、時々前以つて決めら
れた高度基準点が入力されるべきである。

また、第５図に図示の姿勢検出器２０に代わつ
て、振子または自動車の傾きを測定するための別
の装置を使用することもできる。また物体２１に
対する台２２を圧力センサとして構成することも
できる。これにより、制動力または加速度が走行
面に対して平行にある圧力センサに作用せず、そ
れ故にこのセンサにおける測定信号の変化を自動
車の傾きを求めるために直接使用することができ
るという利点が生じる。しかしこの種の圧力セン
サは走行路等における凹凸による衝撃に対してス
プリングを備えなければならない点で不利であ
る。