JPS6010115A - 地磁気方位検出装置 - 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
て地磁気方位全検出し、移動体の進行方。

向ｖｃ−表示させるための地磁気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
なえた地磁気方位検出装置に関するものである。

従来、地磁気方位全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針等
）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間５発され提案されている。上記磁
気方位センサｌ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Ｘ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（
ａ）によって表わされる３即ちなお、上式（ａ）におけ
るに１．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ｉｔ水平面内で３６００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、ｙ
の合成された軌跡は、上記感度係数がＫｔ　＝　Ｋ２　
＝　Ｋの理想的な場合金考えると、第２図に図示されて
いる如く、 ｘ２＋　ｙ２＝（ＫＩ（ｓｉｎθ）２＋　（ＩＧ（ｃｏ
ｓθ）２＝　（ＫＨ）２＝　ａ２で与えられる円１１と
なる。

また、上記地磁気Ｈの入射角０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ＷＥ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時などに着磁され、その結果、
車体内に設置された磁気方位センナには、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
之磁気ベクトルが入力する。

その結果、磁気方位センサを設置した車輛が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１２に図示されている如く、中心点０が０１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
気方位の検出かできなくなってしまりという欠点があっ
た。

そこで、本願発明者らは、上記欠点全解決するために、
下記の如き磁気式方位検出装置ｔ−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／すの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、最小値の平均値金求めることによって、オフ
セット補正値全決定する手段が考慮されている。即ち、
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ｔ−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図図示楕円らによ
って表わされる。そして、該楕円らのＸ方向の最大値ｘ
１．Ｌｘ、最小値”ｍｉｎ　およびＹ方向の最大値ｙｍ
ａｘ　、最小値ｙｍｔ１１ｔ−求めることによって、Ｘ
、Ｙ座標上のオフセット点Ｏ１の座標（ｘｏ、　ｙｏ）
は、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Ｘ。、ｙｏ’ｆｔ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Ｘ＋　、　ｙ＋の軌跡は、第
５図全参照円１４となる。

更に、例えばボリウム等で、Ｘ方向検出用増幅器の増幅
度とＹ方向検出用増幅度との調整即ち感度補正処理全行
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。

上記提案の磁気式方位検出装置は、正常な地磁気のみ全
検出する場合には、正確な地磁気方位を検出することが
可能であるが、磁気方位センナの出力ｘ、ｙの最大値ま
たは最小値附近で突発的な磁気外乱（本願発明者らの実
験的研究によれば、例えば車輛が大口径の水道鉄管上を
通過した場合、或は大きなビルの横を通過する場合に発
生することが判明している）の影響を受けた場合には、
正しいオフセラ）Ｍ正が行なわれないことが判明した。

即ち、例えば第６図図示１５の如（、Ｙ方向最大値”ｍ
ａＸとして正常値よシも大きな値が偶発的に取込まれた
場合には、Ｙ方向のオフセット補正値Ｙｒｒｘａｘ　＋
　ｙｍｉｎ （）’ｏ　””　２　）にもとづくオフセット補正によ
れば、オフセット座標点は点げとなり、本来求められる
べき点０１とずれて補正されることになる。なお、第６
図図示例においては、Ｙ方向最大値のみを取ｐ上げて説
明したが、Ｙ方向最小値またはＸ方向最大値、最小値に
ついても同様なことが起り得る。このように、上記オフ
セット補正値”ｏｒ　’１０ｋそれぞれの最大値および
最小値のみからめる上記提案の磁気式方位検出装置によ
る地磁気方位の検出は不安定であシ、再現性の良いオフ
セット補正を期待できない場合もあり得る。また、感度
補正全行なうにしても、Ｘ、Ｙ両方向について磁気方位
センナの設置場所変更の度に実施しなければならない。

また、車前が一周３６００回転した判定を運転者もしく
は同乗が行なわなければならないため、補正作業が実に
煩雑となる。

本発明は、上記の如き問題点を解決すること金目的とし
、第５図全参照して前述した如く、磁気方位センサが搭
載された車輛を一周３６００回転するように走行させて
得られる上記磁気方位センサの出力ｘ、ｙのデータのう
ち、それぞれの最大値および最小値の順に複数個のデヘ
タを抽出し、それぞれの平均値にもとづいてオフセラ）
ｔｊｌＥおよび感度補正を行なうことによって正確な地
磁気方位を検出・できるようにするとともに、上記、車
輛を一周３６０°回転したことを自動的に判定する一周
判定回路全備えて、上記オフセット補正および感度補正
を自動的に行なえるようにする磁気方位検出装置全提供
することを目的としている。以下図面全参照しつつ説明
する。

第７図（イ）および仲）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全説明するための説
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月刊足回路の一
実施例構成を示す詳細ブロック図、第１Ｏ図１１不発明
における１周判定の基本原理全説明するための説明図金
示している。

第８図に図示されている本発明の一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補正原理について
説明する。

第４図に示す様に水平面上で車輛４が３６００回転した
時に得られる磁気方位センサの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（ＸＩ、、〜、テ。、几）をめ、次
式によってオフセット値（ｘｏ、ｙＯ２が決定される。

但し、ｘｏ、＋Ｘ出力値に対するオフセット値。

ｙｏ＋Ｙｏｒ値に対するオフセット値。

４：東方向Ｘ出力値Ｎ個の平均値であってＸ出力値の大
きなものから順にＮ 個抽出して平均したもの（以下、東 方向平均値と呼ぶ）。

マＷ二西方向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）。

ワ、：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 ら順にＮ個抽出して平均したもの （以下、内方向平均値と呼ぶ）。

九：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か 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”ｍ、”Ｗ、Ｙ８および′５
；、について詳しく説明すると、東方向平均値４　は、
Ｘ出力値の最大値ｘｒｒｕｘ　（０）から大きな順に”
ｔｍｘ　（Ｎ−１）までのＮ個を抽出して平均したもの
である。

即ちへ 同様にして、西方向平均値〜　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、 とは、 である。なお、上記東西南北の平均値４・ｘｗ・九およ
びテ　は、第７図（イ）に図示されている。

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？行なう。

磁気方位センサのオフセット後のＸ、Ｙ出力（Ｘｘ、　
）　＋　（ｙ　ｙｏ）の最大値があらかじめ定められた
値、たとえばＡ１なる値になる様にする。東西方向の最
大値は”Ｅ　”ｗ　）　／　２で表わされ、また南北方
向の最大値は（ｙＮ−ｙ８）／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、Ｋｙ　ｆ決める。

以上の結果より、磁気方位センナの補正出力はとなシ、
ｘ、ｙ出力の最大値はＡ゛となる。このような補正全行
なうことによって第４図に示されている様に車輛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←）に示すような半径にの
円１７となり、地磁気方位を正確に検出することができ
る・ 更に、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（ｔｉｌｔ−
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、例えば第６図でＦｍａＸとして示したような突発
的なノイズや磁気外乱の影響上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−
１）」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ｙ’Ｎ’ｆｒ：
求める。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ｙｌ、　’　”ｉｃおよびｘ１７をめ
る。即ち、 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あシ、入射磁気ベクトルのＸ成分、
Ｙ成分に対応する直流電圧ｘ、ｙ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
ｘｌｙｔ”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
あり、ｔｌが８２に接続された時には初期の補正値演算
モードとなり、端子Ｓｓ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、１
３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、切換エスイツチ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
きい順に例えば１０個、即ちＸ（０）ないしＸｍａｘ　
（９）　”を選択しデータ・メモリａＸ 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ＩＪ　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４ｆｉ、１８の１周判定回路から
車輛が実質上３６０°回転した指示を受け（該１周判定
回路１８における周回判定動作については後述する）、
前述した第α）式にもとづいて第１周めのオフセット用
のデータである平均値４゜〜＃”’ＰテＮｔ−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゛である）・
１９は切換えスイッチであり、第１周めの時は端子Ｓ４
に接続される５２０は第１周めのデータによる下記第（
２）式にもとづくオフセット値（Ｘｏｔ　、）’ｏ１）
の計算を行なう仮オフセット値演算部である。

上記第し）でめられた第１周めのオフセット値（ｘ０３
　、　ｙＯＸ　）は、第２周めの１周判定回路１８の基
準値として１周判定回路１８に格納される３また、１周
判定回路１８からの第１周めが終了した指示を受けると
データ・メモリ１３ないし１６の内容はクリアされ、第
２周めのデータを取り込み始める。

第２周めのデータ取込みが終了すると、上記１周判定回
路の指示により再び平均化処理部１７が第２周めの平均
値（；’ｇ、丸３／ｓ、ｙ′Ｎ）の演算を行なう・そし
て、切換えスイッチ１９は端子ｓ３側へ接続され、補正
値演算部２工において第２周めのデータによシ下記第（
３）式および第（４）式にもとづいてオフセット値（”
０２　、　ＹＯ２）および感度補正係数（Ｋｘ、Ｋｙ　
）が演算される・ 第（３）　、　（４）式でめられたオフセット値（”０
２．　ＹＯ２）および、感度補正係数（Ｋｘ、Ｋｙ　）
は補正値メモリ２２に格納される。

２８は補正演算処理部であシ、上記補正値メモリ２２に
格納されているオフセット値（ｘ、２．ｙ、２）および
、感度補正係数（Ｋｘ、Ｋｙ　）　を用いて下記第（５
）式にもとづいてオフセットおよび感宸の補正を行なう
。

但し、Ｘおよびｙは切換スイッチ８の端子Ｓ１を介して
転送される磁気方式センサ５の出力である。

２９は方位演算部であって、本願明細書冒頭に説明した
方位角θ＝　ｊａｎ　”　請求め、表示装置３０に送出
する、表示装置３０は、磁気方位センナ５を搭載した移
動体の進行方位全表示するものである。

次に、上記第８図図示実施例における１周判定回路１８
を第９図および第１０図を参照して説明する。第９図は
１周判定回路１８の一実施例における構成を示すブロッ
ク図、第１Ｏ図は第９図図示１周判定回路１８における
１周判定の基本原理を説明するための説明図である。

第９図において、図中の符号１３ないし２０は第８図に
対応している。そして、１周判定回路１８を構成する切
換スイッチ２３は、第１周めと第２周めとのデータ取込
みを切換えるものであって、第１周めには端子Ｓ５に接
続され、第２周めには端子Ｓ６に接続される。２４は第
１周めの１周判定を行なう第１の比較回路、２５は第１
の比較デーダメモリであって予め定められた１周判定基
準値Ｖ　ｃａｎ　（例えば、国内であるならば感度が最
小である北海道地域の感度に対応−して設定される）が
格納されるもの、２６は第２周めの１周判定を行なう第
２の比較回路、２７は第２の比較データ・メモリであっ
て前述した第１周めのデータにもとづいて仮オフセット
４演算部２０により演算されたオフセット値（ｘｏｌ、
ｙｏｌ　）が格納されるものを表わしている。

先づ、第１周めの１周判定について説明する。

第９図において、切換スイッチ２３は端子Ｓ５　側に接
続され、第４図に示すように車＠４が第１周めの回転全
開始することによって、データ・メモリ１３ないし工６
に順次格納されるデータが第１の比較回路２４に取込ま
れる３該第１の比較回路２４においては、上記車輛４の
回転に伴って順次下記ｆ！　（６）式に示される演算を
行なって、Ｘ方向の最大値と最小値との差の絶対値Ｘｃ
ａｎおよび　Ｙ方向の最大値と最小値との差の絶対値Ｙ
ｃｏｍ　請求める。

但し’　Ｘｆｆ１ａＸはデータ・メモリ１３に順次格納
されるデータのうちの最大値、ｘｍｉｎはデータ・メモ
リ１４に順次格納される データのうちの最小値、ｙｍｉｎ　はデータ・メモリ１
５に順次格納されるデー タのうちの最小値、ｙ　はデータ・ 「旧Ｘ メモリ１６に順次格納されるデータの うちの最大値。

更に、該第１の比較回路２４において、上記第（６）式
によってめられる絶対値ＸｃｏｒｎおよびＹｃｏｍと第
１の比較デ　り・メモリ２５の内容（１周判定基準値Ｖ
　ｃｏｍ　）との比叔全順次行なう。そして、上記絶対
値ＸｃｃｍおよびＹｃｏｍが共に上記１周判定基準値Ｖ
ｃｏｍ以上になった時点で、平均化処理部１７に対して
１周判定指示を出力する。

以上説明したデータ取込み開始から１周判定までの態様
？第１Ｏ図（イ）図示説明図によって具体的に説明する
う例えば、第１θ図０）図示矢印３点が１周開始点でお
るとし、磁気方位センサ５の出力曲線が図示７Ｉ８のよ
うに示されるものとすると、図示矢印す点でおいて［Ｘ
　ｃａｍ　＝　Ｖ　ｃｏｍ　Ｊ全満足し、図示矢印Ｃ点
において（−Ｙｃｃ、（１＝　Ｖｃｏｍ　Ｊ　ｆ満足す
る〇即ち、上記ａ点から１周開始したのち０点に到達し
た時点において、上記絶対値ＸｃｏｍおよびＹｃαｎが
共に１周判定基準値Ｖｃｏｍ以上となるため実質上１周
が終了したものとみなし、第１の比較回路２４から平均
化処理部１７に対して１周判定指示が出力される。そし
て、該平均化処理部１７の演算（上記第（１）式）結果
にもとづいて、第１周めのオンセット値（”０１．”０
１　）が、仮オフセット演算部２０において算出されて
、該オフセット値（Ｘｏ□、ｙｏ、）が第２の比較デー
タ・メモリ２７に格納されることは前述した通りである
。

次に、第２周めの１周判定について説明する・第２周め
のデータ取込み開始と共に切換スイッチ２３は端子Ｓ６
に接続される。そして、切換スイッチ２３を介して順次
転送されてくるデータ・メモリ１３ないし１６からの第
２周めのデータと上記第２の比較データ・メモリ２７の
内容（第１周めのオフセット値Ｘ。１．Ｙｏ□）とが、
第２の比較回路２６において比較されて、下記の如き条
件全満足した時点において、第２周めの１周判定が行な
われる。即ち、第１０図←）に図示されている第２周め
の上記磁気方位センサ５の出力曲線１．ｆ用いて詳述す
るならば、第１周めの１周判定点Ｃにおいて仮オフセッ
ト（ＸＯｆ、）’０１　）が算出され、第４図に示す様
に水平面上で車輛４が３６０°回転した時に磁気センサ
より得られるＸ、Ｙ出力の出力曲線！。

上の仮オフセット（Ｘ０１　）’０１　）上の点ｄ、ｅ
、ｆ。

ｇがまる。第２周めでは車輛４はｇ　−ｄ　−ｅ　−ｆ
の順に仮オフセツ）　（ｘｏｌ、ｙｏｌ）上のＡｔ通過
する。ここで、第２層目では磁気方位センサの補正音よ
り確かなものとするために、車輛４は確実に３６０°以
上回転してｌ、上の全てのＸＩＹ出力を得る必要がある
。そこで、第２周めの１周判定では、出発点Ｃより、ｇ
−ｄ−ｅ−ｆ−Ｈの５点の全てを通過した時に車輛４が
３６０°回転し念こと全検出する。

以上、説明した如く、本発明によれば、鉄板等強磁性体
によって構成された移動体に設置された磁気方位センサ
の出力に対するオフセット補正に用いられる補正値は、
従来のＸ、Ｙ出力の最大値、最小値よシ得られる補正値
に比べ、平均化処理全行なうことによって、はるかにば
らつきの少ないものとなる。なお、本実施例では各方角
のデータ数ｔ−１θ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。

また、１周判定回路の付加によシ、従来車が３６０゜回
転したことを運転者が判断して補正していたのに比べ、
補正の煩雑さは解消された。

【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
態様全説明する九めの説明図、第７図６）、（ロ）拡本
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１Ｏ図は本発明における１周判定の基本原理全
説明するための説明図を示す。 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Ｌ１２は
比較回路、１３ないし１６はデータ・メモ！Ｊ、１７は
第１の平均化処理部、１８は１周判定回路、１９は切換
スイッチ、２０は仮オフセット値演算部、２１は補正値
演算部、２２は補正値メモリ、２３は切換スイッチ、２
４は第１の比較回路、２５は第１の比較データ・メモリ
、２６は第２の比較回路、２７は第２の比較データ・メ
モリ、２８は補正演算処理部、２９は方位演算部、３０
Ｆｉ表示装置全表わす。 特許出願人　アルプス電気株式会社 代理人弁理士　森　１）　寛＠３名）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　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地磁気
   方位検出装置において、上記移動体をほぼ水平に実質上
   も３６０度回転させると共に当該回転をチェックし、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
   夫々の最大値から複数個および最小値から複数個のデー
   タを抽申し、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マ°８および最小値群
   の平均値マ、、上記Ｙ出力値の最大値群の平均値〒１　
   および最小値群の平均値ｙ１８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セット値（”ｏ＋　ｙ　ｏ　）　
   請求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（Ｋｘ＋Ｋｙ　）　請求める演算を行なう補正
   値演算部と全そなえ、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いて下記第（３
   ）式に示す演算処理全行ない、上記磁気方位センサの出
   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
   地磁気方位検出装置。 伐）上記移動体が実質上１周３６０°回転したことを検
   出して上記・補正値演算部に演算開始指令全出力する１
   周判定回路？そなえていること全％徴とする特許請求の
   範囲第（υＡ　［ｌＬ！載の地磁気方位検出装置。