JPS6010114A - 磁気式方位検出装置 - 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】 本発明は、移動体内に設置された磁気方位センサによっ
て地磁気方位を検出し、移動体の進行方向を表示させる
だめの磁気式方位検出装置に関し。

特に鉄板等強磁性体で構成されている移動体に上記磁気
方位センサが設置された場合の該磁気方位センサの出力
に対するオフセット補正および感度補正の補正装置をそ
なえた磁気式方位検出装置に関するものである。

従来、地磁気方位を検出する磁気方位センサ（例えば、
ホール素子、磁気抵抗素子、フラックスゲート磁力計等
）の出力にもとづいて自動車などの移動体の走行方向を
表示する装置が種々開発され提案されている。上記磁気
方位センサ１は第１図に図示されている如く、直交する
Ｘ、Ｙの２方向（例えば、Ｘ方向は東西方向、Ｙ方向は
南北方向）に検出方向を有し、地磁気ＨのＸ成分および
Ｙ成分の出力Ｘおよびｙが増幅器２および３を介してそ
れぞれ出力される。

いま、、第１図に図示されている如く、地磁気ＨがＹ軸
に対して角度θだけ交差する方向に入射される場合につ
いて考えると、上記Ｘ、Ｙ方向の出力ＸおよびＹは次式
（姉によって表わされる。即ちなお、上式（→における
Ｋｌ、に２は、それぞれＸ方向、Ｙ方向検出素子（図示
省略）の感度係数である。

更に、上記磁気方位センサ１を水平面内で３６０゜回転
させたときに得られる該磁気方位センサ１の出力Ｘ、７
の合成された軌跡は、上記感度係数がＫｌ　＝　ＫＱ＝
　Ｋの理想的な場合を考えると、第２図に図示されてい
る如く。

ｘ　１１　＋　ｙ　”　＝（ＫＨＪＰＬｎθ）　２−１
−　（ＫＨｃｏｓθ＞　１１　＝＝　（Ｋｕ　）２　＝
＝　、ｚ２で与えられる円ｔ１となる。

また、上記地磁気Ｈの入射角θは。

θ＝　ｔａｎ−”　（−） で表わすことができる。

しかし、この様な磁気方位センサが、鉄板等強磁性体で
構成された自動車などに設置された場合には、車体の前
後方向と左右方向での磁束の通シ方に差が生じるため、
Ｘ方向、Ｙ方向で入射磁気ベクトルの強さが異なる。ま
た車体の鉄板は組立加工−などに着磁され、その結果、
車体内に設置された磁気方位センサには、地磁気ベクト
ルと車体の着磁から発生する磁気ベクトルとが合成され
た磁気ベクトルが入力する。

その結果、磁気方位センナを設置した車輛が３６０°水
平面で回転した場合に得られるＸ、Ｙ出力の軌跡は、第
３図ｔ２　に図示されている如く。

中心点ＯがＯ′　に移行するいわゆるオフセット状態が
生じたシ、またＸ方向とＹ方向との最大出力値が異なる
楕円となり、正確な地磁気方位の検出ができなくなって
しまうという欠点があった。

そこで１本願発明者らは、上記欠点を解決するために、
下記の如き磁気式方位検出装置を特願昭５６−１２７！
５８２号でもって提案した。該提案の磁気式方位検出装
置は、上記オフセット補正の手段として、上記磁気方位
センサのＸ方向およびＹ方向の出力Ｘおよびｙそれぞれ
の最大値、最小値の平均値をめることによって、オフセ
ット補正値を決定する手段が考慮されている。即ち１例
えば第４図に図示されている如く、上記磁気方位センサ
を設置した車輛を１周させて得られる該磁気方位センサ
の出力Ｘおよびｙの軌跡は、第５図図示楕円ム　によっ
て表わされる。そして、該楕円ムのＸ方向の最大値Ｘζ
、最小値ｘ　ｍｉｎおよびＹ方向の最大値ｙ富　、最小
値ｙｍｉルをめることによって、Ｘ、Ｙ座標上のオフセ
ット点σの座標（Ｘｏ、７０）は１次式によって表わす
ことができる。即ち。

従って、上記磁気方位センサの出力ｘ、ｙから上記オフ
セット補正値Ｘｏ、７ｏを次式のように減算することに
よってオフセット補正が可能となる。

即ち。

このようにして補正されたｒ、ｙ’の軌跡は、第９図図
示１円ｔ４となる。

更に１例えばボリウム等でＸ方向検出用増幅器とＹ方向
検出用増幅器との増幅度の調整即ち感度補正処ｉを行な
うことによって、ｘ、Ｙ方向の出力最大値を等しくする
という手段が提案されている。

また、上記のような補正作業は、車輛が３６０゜水平面
で回転した場合に得られるＸ、Ｙ出力を表示器などに表
示して、軍師が１周３６０°回転した判定を運転者もし
くは、同乗者が行なわなければならないため補正作業が
実に煩雑である。また。

表示器などが無い場合には、車輛の状態が把握できず、
補正作業を行なうことはできない。

本発明は、上記の如き問題点を解決することを目的とし
、上記車輛が１周３６０°回転したことを自動的に判定
する一周判定回路を備えて、上記オフセット補正および
感度補正を自動的に行えるようにする磁気式方位検出装
置を提供することを目的としている。以下図面を参照し
つつ説明する。

第７図（イ）および（ロ）は本発明におけるオフセット
補正および感度補正に関する基本原理を説明するための
説明図、第８図は本発明の一実施例構成を示すブロック
図、第９図に第８図図示実施例における１周判定回路の
一実施例構成を示す詳細ブロック図、第１０図は第９図
図示１周判定回路の動作を説明するだめの説明図を示し
ている。

本発明の一実施例を示す第８図図示実施例の説明に先立
ち、第７図を参照して本発明におけるオフセット補正お
よび感度補正に関する基本原理について説明する。

第４図に示す様に水平面上で車輛４が３６０°回転した
時に得られる磁気方位セ／すのＸ、Ｙ出力のデータの中
から、地磁気方位の東西方向における夫々のＸ出力値の
Ｎ個のデータ、南北方向における夫々のＹ出力値のＮ個
のデータをそれぞれ平均し、磁気方位センサの補正に必
要な東西南北データ（ｙｃｙｎ、　ｘｗ、　ｙｓ、　７
Ｎ）をめ１次式によってオフセット値（Ｘｏ、７ｏ）が
決定される。

但しｔ　ｘｏ：Ｘ出力値に対するオフセット値。

７ｏ　：　Ｙ出力値に対するオフセット値。

ＸＩ＋東方向Ｘ出力値Ｎ個の平均値であってＸ出力値の
大きなものから１ｍｌにＮ個抽出して平均したもの（以
下、東 方向平均値と呼ぶ）。

ｘＷ：西方向Ｘ出力値Ｎ個の平均値であって、Ｘ出力値
の小さなものから順に Ｎ個抽出して平均したもの（以下。

西方向平均値と呼ぶ）。

７日：南方向Ｙ出力値のＮ個の平均値であって、Ｙ出力
値の小さいものから順 ＫＮ個抽出して平均したもの（以下。

内方向平均値と呼ぶ）。

７Ｎｊ北方向Ｙ出力値のＮ個の平均値であって、Ｙ出力
値の大きなものがら順 にＮ個抽出して平均したもの（以下。

北方向平均値と呼ぶ）。

上記東西南北方向の平均値ＸＩ！ｌ、　ＫＷ、　７８　
および７Ｎについて詳しく説明すると、東方向平均値ｘ
ｉは、Ｘ出力値の最大値ｘ　７ｎａｘ（０）から大きな
順にｘｒｒＬａｘ（Ｎ−１）までのＮ個を抽出して平均
したものである。即ち。

同様にして、西方向平均値ＸＷ　とは、最小値から小さ
い順に抽出されたＮ個のＸ出力値の平均値である。即ち
。

同様にして、内方向平均値７Ｂ、北方向平均値７Ｎとは
。

−７口（０）　＋　ｙ℃（１）＋・・・・・・＋Ｙ丑（
Ｎ−１）ｙＮ＝ である。以上説明した東西南北各方向平均値（ｘＩｃ、
　ｘｗ、　ｙｓ、　７Ｎ）は、第７図（へ）に図示され
ている通シである。

またＸ、Ｙ出力の感度の補正として、上記で得られたデ
ータを利用し、東西、南北両方向の最大値、最小値が等
しくなるように感度補正を行なう。

磁気方位センサのオフセット後のＸ、Ｙ出力（Ｘ−ｘｏ
　Ｌ　（ｙ　−７ｏ　、）の最大値があらかじめ定めら
れた値、たとえばＡ′なる値になる様にする。東西方向
の最大値は（Ｘｌ−ＸＷ）／２で表わされ、・また南北
方向の最大値は（ｙＮ−ｙｓ）／２で表わすことができ
る。従って東西、南北両方向の感度を一様にするために
次の式で感度係数ＫＸ、に７　を決める。

（但し２Ａ’＝Ａ） 以上の結果よシ、磁気方位センサの補正出力はとなり、
Ｘ、ｙ出力の最大値はＡ′となる。このような補正を行
なうことによって第４図に示されている様に車両４が３
６０°回転した時に磁気方位、センサの補正後の出力ｘ
／　、　ｙ／が描く軌跡は第７図（ロ）に示す様な半径
Ａ′の円ｔ７となシ、地磁気方位を正確に検出すること
ができる＝ 更に２本発明においては、各方位（東西南北方位）のデ
ータをよシ正確なものにするため、それぞれの方位で得
たＮ個のデータのうち、そのＮ個の中の最大値から大き
な順にＭ個および最小値から小さい順にＭ個を除外し、
残った（Ｎ−２Ｍ）個のデータの平均値をめ、当該平均
値にもとづいてオフセット値を決定するようにして９例
えば第６図でｙ　ｒｎａｒとして示したような突発的な
ノイズや磁気外乱の影響をさらに小さくするものである
。具体的には例えば無条件に取シこまれた北方向のＮ個
のデータ「ｙ　ｍｃＬｊｅ（０）、　ｙ　ｍａｘ（１）
、　ｙ　；ｃｚ（２）、　−・・・ｙｍα、ｒ（Ｎ−１
）Ｊ　のうちから大きな方からＭ個のデータおよび小さ
な方からＭ個のデータを除外して平均値Ｆ’　をめる。

また、同様にして南方向、東方向および西方向のデータ
の平均値テ篤マＥおよび＝ｈ　をめる。即ち。

そして、上記平均値４　”１，３’８および７’Ｎにも
とづいてオフセット値をめるようにする。

次に、第８図図示実施例について説明する。図中符号５
は磁気方位センサでらｐ、入射磁気ベクトルのＸ成分、
Ｙ成分に対応する直流電圧！、　７を出力する。６はマ
ルチプレクサであって上記磁気方位センサ５からの出力
値！、７を交互に後述するＡ／Ｄコンバータ７に送出す
るもの。７はＡ／Ｄコンバータ、８は切換えスイッチで
あシ。

ｔｌがＳ２に接続された時には初期の補正値演算モード
となシ、端子Ｓｌ　側へ接続された時には通常の方位表
示モードとなる。また９ないし１２は比較回路、１３な
いし１６はデータ・メモリである。

比較回路９は、上記磁気方位センサ５からマルチプレク
サ６、Ａ／Ｄコンバータ７、切換えスイッチ８を介して
送られてくるＸ、Ｙ出力のうちＸ出力の最大値から大き
い順に１０個、即ちｘ　−ｏ）ないしｘｍｗ（９）を選
択しデータ・メモリ１３に格納する。本発明に述べると
ころの東方向データがデータ・メモリ１３に格納される
ことになる。

同様にしてデータ・メモリ１４には西方向データ、デー
タ・メモリ１５には南方向データ、データ・メモリ１６
には北方向データが格納されることになる。

１７は平均化処理部であって、後述する１周判定回路２
２からの１周判定指示（車輛が実質上１周３６００回転
したことを判定して出力されるもの）を受け、前述した
第（１）式にもとづいてｉｌの補正演算用のデータであ
る平均値Ｈ’ｍ　＋　？Ｗ　＊　ｙ８１　ｙ／Ｎ　を計
算する（各１０個のデータから、大、小２個ずつ“除去
した６個のデータの平均値でおる）。１８は下記第（２
）式にもとづくオフセット値（ｘｏ、ｙｏ）の計算と、
下記第（３）式にもとづく感度係数（Ｋ：Ｘ。

Ｋｙ）の計算を行なう補正値演算部である。

１９は補正演算処理部であシ、上記補正値演算部１８で
めたオフセット値（Ｘｏ、７０）と感度係数（Ｋｘ、Ｋ
ｙ）を用いて下記第（４）式にもとづいてオフセットお
よび感度の補正を行なう。

但し□　Ｘおよびｙは切換スイッチ８の端子８１を介し
て転送される磁気方位センサ５の出力である。

２１に送出する。表示装置２１は磁気方位センサ５を搭
載した移動体の進行方位を表示するものである。

２２は１周判定回路であり、上記磁気方位センサ５によ
シ出力されるデータにもとづいて移動体の１周回転（３
６０’回転）を判定し、平均イし処理部１７に移動体が
１周回転したことを通知するものでおる。

ここで、上記１周判定回路２２の詳細回路構成と１周判
定動作とを第９図および第１Ｏ図に関連して説明する。

１周判定回路２２の一実施例における詳細な構成金示す
第９図図示ブロック図において、２３ｉｔ、クロック・
ジェネレータであ凱単位時間を秒毎に上記磁気方位セン
サ５によυυｊ力されるデータｔｚ　（Ｘ３　、７ａ　
）を後述するデータ・メモリ２４および前述した比較回
路９ないし１２に送出する。

２４はデータ・メモリであυ、上記クロック・ジェネレ
ータ２３から単位時間を秒毎に送出されるデータ即ち第
１０図に図示されているｔｏ　（ｘｏ。

ｙｏ）　、ｔ＞　（Ｘｉ、　７１　）、　＋＋＋＋、　
ｔｒＬ−ｘ　（Ｘ４Ｌ−１，ｙｎ−１）。

ｔｎ　（Ｘｒ＋、＋　３’ｎ、　）、　ｔｙＬ＋１（Ｘ
ｒｚ−１−１，３’ｎ、＋１）、　−・−−−−−−−
が格納される。なお、第１０図は本発明の磁気式方位検
出装置を搭載した移動体が時計方向に回転した際の上記
磁気方位センサ５の出力曲線を示し、一般に回転開始時
からル・を秒踊過時の出力が（Ｘｎ、７ｎ）として図示
されている。

２５は角度演算部でラシ、データ・メモリ２４に順次格
納されるデータにもとづいて、下記第（５）式にもとづ
いて移動体の移動角度Δθルを順次演算して後述する比
較回路２６に送出する。

但しｒ　（ｘｒＬ＋　”ＩｒＬ　）は時間１．における
磁気方位センサ５の出力でめ９．同様に（ｘｎ＋ｌ　１
ｙｒＬ＋ｉ）および（ＸＢ−１ｒ”Ｉｎ−’　）は時間
ｔｚ＋ｘ、および１．ｌにおける出力である。

２６は比較回路であり、上記の如く角度演算部２５でめ
られた移動体の移動角度Δθルを積分して、下記第（６
）式にもとづいて移動体の１周回転（３６００回転）を
判定する。下記第（６）式のどちらか一方でも満足した
場合には、移動体が１周回転（３６０°回転）したこと
を意味するので、この旨を平均化処理部１７に通知する
。

伺、移動体の１周回転（３６０°回転）は、移動体が時
計方間に回転する場合でも、ｔだ９反時計方向に回転す
る場合でも判定することが可能である。移動体が時計方
向に回転する場合には、移動角度θはθ：＞−３６０°
を満足し１反時計方向に回転する場合にはθ＜＋３６０
°を満足する。

上述の如く、磁気方位センサ５の出力を単位時間毎に抽
出し、抽出されたデータにもとづいて連続した移動体の
移動角度を演算し、累積することによシ移動体の１周回
転を自動的に判定することが出来る。しかし、正常な地
磁気のみを検出する場合には、正確に移動体の移動角度
を検出することが可能であるが、磁気外乱の影響を受け
た場合。

および、移動体が停止している場合には正確な移動体の
移動角度の検出は期待できない。このような欠点を解決
するため本発明では、該クロック・ジェネレータ２３で
設定される単位時間ｔを長くして磁気外乱の影響を少な
くすること、該クロック・ジェネレータ２３から該デー
タ・メモリ２４にデータを送出する際、複数個のデータ
を抽出して平均化することによって磁気外乱の影響を少
なくすること、および、上記第（６）式で示される移動
体の１周回転を判定する判定値（±３６０°）を例えば
±４００°とすることによって、磁気外乱の影響を少な
くすることができる。また、移動体が停止している時に
は、移動体の移動角度はめられないので、移動体が停止
していることを検出するセンサ例えば車速センサー（図
示せず）によシ、移動体が停止している場合には移動角
度をめる演算は行なわないようにすればよい。

更に、第８図および第９図図示実施例の動作を具体的に
順を追って説明する。

先ず切換スイッチ８を端子Ｓ＠　側に接続する。

即ち補正値演算モードに切換えた上で、第４図図示の如
く車輛４を回転移動させる。この間の上記磁気方位セン
サ５の出力（ｘｒ　ｙ　）は、マルチプレクサ６、Ａ／
Ｄコンバータ７、切換スイッチ８を介して、クロック・
ジェネレータ２３によって比較回路９ないし１２に転送
されるとともに、単位時間を毎にデータ・メモリ２４に
転送される。当該比較回路９ないし１２において、上記
磁気方位センサ５の出力Ｘおよびｙの夫々の最大値、最
小値から順に例えば夫々１０個のデータが選択されて。

第８図に図示されている如く、データ・メモリ１３ない
し１６に夫々格納される。データ・メモリ２４には、単
位時間を毎に送出されるデータを複数個。

例えば５個抽出して平均値をめ１時間ｔのデータとして
格納され、角度演算部２５によって、前述した第（５）
式にもとづいて当該車輛４の移動角度をめ、比較回路２
６において、前述第（６）式にもとづいた比較処理がな
される。

当該比較処理の結果、８１６）式を満足するとの判定が
得られた場合には、平均化処理部１７において、前述し
た第（１）式にもとづいて夫々の平均値（ＸＥ’　、　
ＸＷ’　、　ＹＳ’　、　ＹＮ’　）がめられて、補正
値演算部１８に転送される。当該補正値演算部１日にお
いては、前述した第（２）式および第（３）式にもとづ
いてオフセット値（ｘｏ、ｙｏ）および感度係数（Ｋｘ
、　Ｋｙ　）が演算される。

このようにして、上記比較回路２６において。

当該束＠４が１周回転（３６０°回転）したことが自動
的に検出され、オフセット値（ｘｏ、Ｔｏ）オよび感度
係数（ＫＸ　、　Ｋｙ　）が演算された場合、切換スイ
ッチ８をＳＬ　側へ接続することによって。

マルチプレクサ６、Ａ／Ｄコンバータ７、切換スイッチ
８を介して送られてくる磁気方位センサ５の出力（ｘｒ
　ｙ　）は、補正演算処理部１９において前述した第（
４）式にもとづくオフセット補正、感度補正が行なわれ
て、正確な補正出力（ｘ’　、　ｙ’　）が得られる。

更に方位演算部２０と表示器２１によって移動体の進行
方位表示が得られる。

以上、説明した如く１本発明によれば自動的に移動体の
１周回転（３６０°回転）を検出できるため、従来車輛
が３６０°回転したことを運転者もしくは同乗者が判断
して補正していたのに比べ、補正の煩雑さを解消するこ
とができる。なお１本実施例では各方角のデータ数を１
０個、除去する個数を大、小２個づつとし、平均化する
データ数は６としたがこの総データ数は多い方が精度が
向上するのは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に用いられる磁気方位センサの説明図、
第２図ないし第６図は鉄板等強磁性体によって構成され
た移動体に搭載された磁気方位センサの出力軌跡の各種
態様を説明するための説明図、第７図（６）、＠は本発
明におけるオフセット補正および感度補正に関する基本
原理を説明するための説明図、第８図は本発明の一実施
例構成を示すブロック図、第９図は第８図図示実施例に
おける１周判定回路の一実施例構成を示す詳細ブロック
図、第１０図は第９図図示１周判定回路の動作を説明す
るだめの説明図を示す。 図中、５は磁気方位センサ、６はマルチプレクサ、７は
Ａ／Ｄコンバータ、８は切換スイッチ。 ９ないし１２は比較回路、１３ないし１６はデータ・メ
モリ、１７は平均化処理部、１８は補正値演算部、１９
は補正演算処理部、２０は方位演算部、２１は表示装置
、２２は１周判定回路、２３はクロック・ジェネレータ
、２４はデータ・メモリ、２５は角度演算部、２６は比
較回路を表わす。 特許出願人　アルプス電気株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 移動体に搭載されて直交するＸ、Ｙの２軸方向に検出方
   向をもって地磁気を検出する磁気方位センサと、該磁気
   方位センナの出力に対してオフセット補正および感度補
   正を行なう補正演算処理部とをそなえた磁気式方位検出
   装置において、上記移動体をほぼ水平に実質上ま６０度
   回転させ、この間の上記磁気方位センサのＸ出力値およ
   びＹ出力値の夫々の最大値から大きな順に複数個および
   最小値から小さな順に複数個のデータを抽出し。 当該夫々の複数個のデータのうち極端にかけ離れたデー
   タを除去して得られるデータにもとづいて上記Ｘ出力値
   の最大値群の平均値ｘ　）　ｍおよび最小値群の平均値
   Ｘ’Ｗ、上記Ｙ出力値の最大値群の平均値Ｊ”Ｎおよび
   最小値群の平均値ｙ’ｓをめる演算を行なう平均化処理
   部と、当該演算結果にもとづいて、下記第（１）式に示
   されているオフ七ット値（ｉｏ、ｙｏ）をめる演算およ
   び下記第（２）式に示されている感度補正係数（Ｋｇ　
   、　Ｋｙ　）をめる演算とを行なう補正値演算部とをそ
   なえると共に。 上記移動体が回転する角度を累積して実質上３６０゜回
   転したことを検出する１周判定回路をそなえ。 当該１周判定回路からの１周判定信号によって上記平均
   化処理部および補正値演算部における演算が行なわれ、
   該補正値演算部における演算結果にもとづいて、上記補
   正演算処理部における磁気方位センナの出力補正を行な
   うように構成されていることを特徴とする磁気式方位検
   出装置。