JPS62502215A - 電子コンパスを用いて運輸体の走向方向を求める方法 - 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】 電子コンパスを用いて運輸体の走行方向をめる方法従来の技術 本発明は、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（ 以下自動車を用いて説明する）の走行方向をめる方法から出発している。公知の ナビゲーション装置（西独国特許第１７５４８８８号明細書）では、自動車の走 行方向は２軸磁力計を用いてめられ、その出力信号は自動車の磁気的な妨害磁界 を補償するために補正ユニットに供給される。

この解決方法では自動車に、自動車の配向に応じて多かれ少かれ自動車のボデー によってシールドされる地磁界に重畳されている妨害磁界が存在していることか ら出発している。これにより磁力計の測定値に対して、ベクトル図におけるＸお よびＹ軸上に、自動車の回転によって円線図が生ずる。この円線図の、妨害磁界 のベクトルを有する中心点は、軸支点からずれておりかつこの円線図は信号を比 例して変化させると、その軸がベクトル図における測定軸に対して平行に延在す る楕円を形成する。一方の出力信号を比例的に変化させて、楕円を円に変形しか つ零点のシフトによって円が軸支点に位置するようにすべきである。このことは 、監視段によって次のように検査される。即ちこの上うにして補正された信号を その都度２乗値に高めてかつ加算して一定の値を形成しなければならない（円方 程式）。

この公知の解決法における欠点は、磁力計によって測定される値の補正が、アナ ログ計算回路において実施されることであり、このことは今日の技術レベルでは 非常に不正確である。監視段によってめられる補正量は、手探り試行によってめ なければならず、極めて煩雑でありしかも誤りが多い。更にこのようなやり方で は、時間的に一定の妨害磁界しか考慮されない。しかしこの公知の方法の重大な 欠点は、次の点にある。即ち減衰していく地磁界の楕円の円線図に対しては零点 からの軸平行なシフトしか考慮されず、これに対して実際にはこの種の楕円の円 線図はその他ベクトル図において角度値に関しても回転される。この回転は、公 知の測定方法においては検出されないので、この種の電子コンパスを用いたナビ ゲーションに対してめられる走行方向と実際の走行方向との間に著しい偏差が生 じる。

本発明によって、磁力計に作用する磁界の実際の円線図を出来るだけ正確にめる ことにより、地磁界の方向ないし自動車の走行方向を出来るだけ正確にめるよう にしたい。

発明の利点 請求の範囲第１項の特徴部分に記載の構成を有する、本発明の走行方向をめる方 法は、次の利点を有する。即ち自動車の回転期間中検出される、磁力計に作用す る磁界の測定値を用いて、デジタル評価回路によって、自動車への組込み位置に 依存する、すべての必要なパラメータを、即ちベクトル図における中心点シフト 並びに磁界の円線図の形状および回転を規定するパラメータをめることが出来る ことである。このようにして、磁力計における連続測定からめられた円線図を介 して地磁界の正確な方向、Ｎ方向ないし走行方向または前以て決められた目的地 への方向をめかつ指示することが可能である。

請求の範囲の実施態様項に記載の構成によって、請求の範囲第１項に記載の発明 の有利な実施例および改良例が可能である。走行期間中マイクロコンピュータを 用いて走行方向の変化を磁界ベクトルの測定によって評価回路を介して検出しか つ走行方向の前以て決められた値を上回った場合その時測定された値をベクトル 図における円線図の次の測定点として記憶すると特に有利である。このようにし て読込まれた測定点は、検査および場合に応じて円線図のめられたパラメータの 補正のために計算機によって引続き処理される。

更に走行方向変化に対する値は、自動車の距離信号と一緒に自動車の所在地を決 めるために使用することが出来る。磁力計によって測定された磁界の円線図の零 点シフトをめるために、自動車の完全な回転、例えば円走行の期間中の最大およ び最小測定値を有する４つの測定点を検出しかつ評価回路に記憶しておくと効果 的である。それから自動車の２回目の完全な回転の際に、磁力計における磁界の 連続測定から、楕円の円線図の、その中心点からの最大および最小距離を評価回 路によって検出しかつ記憶するのである。しかし自動車の２回目の回転は、次の ようにすれば有利にも省略することが出来る。即ち自動車の１回目の完全な回転 ないし１回目の円走行の期間中、最大および最小の測定値を有する４つの測定点 の外に、多数の別の測定点を測定された磁界の円線図のパラメータをめるために 評価回路によって検出しかつ記憶するのである。

図面 本発明の実施例は図面に示されており、引続く説明において詳細に説明される。

第１図は、自動車の走行方向を本発明によりめるための電子コンパスのブロック 回路図であり、第２図は、コンパスによって測定される磁界の円線図を備えたベ クトル図であり、第３図は、較正位置にあるベクトル軸が示された自動車の平面 図であり、第４図は、第１図の電子コンパスの動作を説明する流れ図である。

実施例の説明 第１図には、ナビゲーションのために自動車に固定的に組み込まれている電子コ ンパスのブロック回路図が示されている。電子コンパスは、センサ１０、デジタ ル評価回路１１および指示部１２から成る。例えば乗用車の屋根の下の真ん中に 取付けられているセンサ１０は、時間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、３軸磁力計または２軸磁力計とすることが出来、その際磁 界検知器の軸は相互に９０゛ずれている。磁力計は、電流供給部および西独国特 許出願公開第３３４５７１２号公報に記載の磁界検知器各々に対する信号形成段 と一緒１こセンサｌＯ内に収容されている。評価回路１１は実質的に、入力側に センサ信号が供給されるマイクロコンピュータによって実現される。自動車の走 行方向をめるための方法を解りやすく説明するために、評価回路１１は、メモリ 段■３、測定された磁界の円線図のパラメータを計算するための計算段１４、地 磁界と走行方向とのの間の角度をめるための別の計算段１５並びに角度補正のた めの補正段に分けて図示されている。その際キースイッチ１７を介して固定の方 位角度φ０を補正段１６に入力することが出来る。出力側を介してこの計算段は 指示部１２に接続されており、指示部には他の情報の外に走行方向を指示するこ とが出来る。キースイッチ１８によって評価回路１１は、円線図をめるために準 備状態となる。

以下、第２図、第３図および第４図を用いて、自動車の走行方向をめるための本 発明の方法の実施について説明する。第２図は、センサｌＯ内に配設された磁力 計を用いて自動車１９１こおける磁界を測定す、るためのベクトル図を示す。２ つの検知器に上ってその都度磁界ベクトル塩のＸ成分ないしＹ成分が測定される 。それらは、センサｌＯによって測定される磁界の大きさおよび方向から生じる 。

第３図において磁界のベクトル旦−は、長手軸ＸＤお上び自動車平面においてそ れを横切る方向にある軸Ｙ。

との関連において図示されている。その際、センサｌＯは自動車１９の屋根の下 中央に配設されているものとしている。そこで測定された磁界Ｈは、固定の妨害 磁界Ｈｓと地磁界Ｈｅの自動車に作用する成分Ｈｓとから組合わされている。測 定された磁界の実際のベクトルは、空間において斜めに位置しているにも拘わら ず、走行方向をめるためには、センサｌＯを用いて走行平面内に投影される、磁 界のベクトル旦−を測定することで十分である。

走行方向をめるためには、測定された磁界ベクトル焦から地磁界Ｈａの方向を検 出することが必要である。このために、第４図の流れ図に示されており、評価回 路１１によ、って循環的に実行される種々の連続ステップが必要である。

電子コンパスの給電電圧の投入接続によって、第４図のプログラムがステップ２ ０においてスタートする。次のプログラムステップ２１において、キースイッチ １８が、閉成されているかどうかが、検査される。

それからまず、測定された磁界基−に対して第２図における円線図０をめること が出来るようにするために、キースイッチ１８が閉成されかつ自動車１９はハン ドルの旋回によって閉じた円を走行しなければならない。その際プログラムステ ップ２２においてセンサｌＯによって測定された、大きさおよび方向が連続的に 変化する磁界ＨのＸおよびＹ方向測定値が、複数の測定点Ｍ１・・・Ｍｘにおい て検出されかつメモリ段１３に格納される。その際測定点の検出は、自動車１９ ０円走行の期間中所定の時間間隔において行われるかまたは例えば図示されてい ない距離発生器の信号によってキースイッチ１８を介して評価回路１１の計算段 １４において検出される所定の距離区間を通過走行した後、行われる。同時にセ ンサ１０によって連続的に測定された、磁界ＨのＸおよびＹ方向値が計算段！５ において監視されかつ例えば微分素子によって最大および最小ＸおよびＹ方向値 を有する測定°点ＭｌないしＭ４が検出されかつメモリ段１３において格納され る。円走行の後、スイッチ１８はプログラムステップ２４において再び開放され る。その理由はそうしなければ別の測定値Ｍｘが読込まれてしまうからである。

メモリ段１３に存在する測定値から、第２図に示すように、ベクトル図の軸支点 に関連して次のベクトル式によって表すことが出来る楕円の円線図０が成立つ： その際旦工Ｓは、走行平面に投影される、自動車の形状および構造によって前以 て決められる一定の妨害磁界のベクトルでありかつＨｒは、地磁界Ｈｅおよび誘 起れるその磁化による地磁界のシールドに依存している。それからプログラムス テップ２５において、計算段１４においてステップ２３においてめられた最大お よび最小測定値から、一定の妨害磁界Ｈｓのベクトルこの式に従って計算段１４ において順次求められた、一定の妨害磁界ＨｓのＸおよびＹ値は、メモリ段１３ に格納される請求められた円線図０は、第２図によれば、ベクトル図ＸＳＹの軸 原点から一定の妨害磁界ベクトルＨｓだけずれておりかつその軸が角度αだけ回 転されている楕円である。従って妨害磁界ベクトルＨｓの記憶された値によって 同時に、楕円の円線図０の中心点Ｐに対するＸおよびＹ値が検出されかつ円線図 Ｏの第１パラメータとして記憶される。それから次のプログラムステップ２６に おいて記憶された測定点Ｍ１・・・Ｍｘからその都度合成磁界ベクトルＨｒが次 のベクトル式からめられる： 旦！＝μｍ−一旦−５ その際同時に円線図０の別のパラメータとして計算段１４によって最大および最 小ベクトルＨｒを有する測定点ＭＳないしＭ８が検出されかつ記憶される。これ らは、楕円の円線図Ｏの最大半径ａおよび最小半径すに相応する。更に、中心点 ＰのＸおよびＹ値および円線図Ｏの、中心点Ｐからの最大ないし最小半径ａない しｂに対する測定点ＭＳないしＭ８の１つのＸおよびＹ値から、同じプログラム ステップ２６において例えば測定点Ｍ６を用いて計算段１５においてベクトル図 における円線図０の回転角度αがパラメータとして次の式に従ってめられる： その際測定点Ｍ６の代わりに座標Ｘ８、Ｙ８を有する測定点Ｍ８を選択すること も出来る。式を相応に変形すれば、角度αを計算するために中心点Ｐの値との関 連において測定点Ｍ５またはＭ７の記憶された値を使用することも出来る。小さ な半軸に基いた測定点が効果的である。　地磁界Ｈｅは、自動車１９の円走行の 期間中変化することがないので、自動車１９における小さな地磁界のベクトルＨ ｅは、第２図に示す、中心点Ｐが楕円の円線図Ｏの中心点と一致する円Ｋを描く 。従ってプログラムステップ２７において計算段１４において地磁界Ｈｅの大き さおよび誘起される妨害磁界Ｈｉの大きさが、次の式により固定パラメータとし て楕円の円線図Ｏの半径＆およびｂからめられかつメモリ段１３に格納される： 類似の較正方法により、既述の方法に相応して２回目の円走行において５つの楕 円パラメータが確定される。１回目の円走行の期間中、楕円中心点の座標がめら れる。２回目の円走行において、２つの半袖および角度αが計算される。この方 法によって多数の記憶場所を節約することが出来る。

このようにして引き続く走行期間中の走行方向をめるために必要であるすべての パラメータが、評価回路１１によってめられかつ記憶されるのである。しかし走 行方向に対してめられた角度は、更に補正を必要とする。というのは、それは所 謂誤指示であり、即ち地磁界方向の、実際のＮ極からの偏差を考慮していないか らである。その上センサ１０を自動車１９に取り付ける際の組み込み誤差は考慮 されていないので、走行方向に位置する、磁力計の検知器のＸ軸が自動車の長手 方向軸線ｘＯと合致しない。第３図においてこのような組み込み誤差および誤指 示は、自動車の軸線ＸＯおよびＹ［ｌに対して角度Δφだけ回転されている、一 点鎖線で示されている軸Ｘ′およびＹ′を有するベクトル図によって示されてい る。このような測定誤差を補償するために、それからプログラムステップ２８に おいて電子コンパスの較正が行われなければならない。

このために、自動車は前以て決められた方位、例えば東方向に配向されるかまた は道路上を走行され、その際出発地および目標地間の最短距離の角度が既知であ るかまたは地図から読み取って測定される。そこから実際のＮ方向に対して、例 えば９０°を成す角度φ０が生じる。それからこのようにして決められた角度量 がプログラムステップ２９において補正段１６において、第１図に図示の評価回 路ｌ！にキースイッチ！７の操作により固定値として入力される。同時にこの自 動車位置において計算段！４および１５によって連続測定に基いて円線図０から 地磁界Ｈｅの方向がめられかつその際発生する角度φｌが補正段１６に一緒に入 力される。その際φ１は、第３図に示すように、ベクトル図Ｘ’　、Ｙ’の軸Ｘ ′を有する地磁界Ｈｅを形成する角度を表す。それから次のプログラムステップ ３０において補正段１６において次の式で表される補正角度Δφが形成される： Δφ−φｌ　−φ０ 即ち自動車の長手軸線ｘＯによって生じた、Ｎ方向に対する角度φ０が、コンパ スによってめられた、地磁界Ｈｅの値φｌ　から減算される。このようにして形 成された補正値Δφが補正段１６に格納されかつ同時に計算段！４および１５に 供給される。この角度によって誤指示および組み込み誤差が補償され、その結果 それから計算段１５においてめられる角度φは、自動車の長手軸線ＸＯの、Ｎ方 向に対する実際の角度を表す。

それから次のプログラムステップ３１において走行の開始と同時にその都度、第 ２図の円線図Ｏの新しい測定値ＭｘがセンサＩＯの磁力計によって測定されたＸ および−ｙ値によって評価回路１１に入力される。それからめられたパラメータ Ｈｓｓ　Ｈｅ、Ｈｉ、ａ。

ｂおよびαに基いて、プログラムステップ３２において新たに角度φがめられな ければならない。

第２図に示すように、地磁界ベクトルＨａと合成磁界ベクトルＨｒとの間に角度 差δが生じる。それからセンサｌＯにおける磁界旦−の連続測定によってベクト ル式旦ニーＨｓ　＋　Ｈ工ｒによって最初は合成磁界Ｈｒの大きさおよび方向し かめることが出来ないので、計算段１５においてプログラムステップ３２におい てコサインの定理を介してまず更に次の式に応じて角度差δがめられなければな らない： ただし 測定点Ｍｘにおける合成磁界Ｈｒの、Ｘ軸に対する角度φ″は、次の式により表 される： その結果最後に地磁界Ｈｅの角度４′が式φ′＝φ′＋にδにより計算される。

角度差δは合成磁界Ｈ’ｒの位置に応じて角度φ′に対して減算または加算され なければならないので、値Ｋに対して次のことが成り立それから、このようにし て計算段１５においてめられた、ベクトル図のＸ軸に対する地磁界の角度φ′を プログラム部分３２の最後のステップにおいて計算段１５によって次の式： に従ってＮ方向に対する走行方向の実際の角度に換算することが出来る。プログ ラムステップ３３においてこの値ないし走行方向が指示部１２を介して運転者に 伝達される。

それからプログラムステップ３４において、連続する測定点Ｍｘを存する自動車 が楕円の円線図Ｏの、較正過程に対してめられた測定点ＦｖｊｌないしＭ８の領 域に達しているかどうかが、検査される。Ｎｏであれば、プログラムステップ３ １，３２および３３が循環的に実行されかつ走行方向ないし走行方向とＮ方向と が成す角度φが連続的に指示される。しかし測定点ＭＸが測定点Ｍ１ないしＭ８ のいずれかに近づくと、このことはプログラムステップ３４において計算段１５ によって検出されかつ測定された値はまずメモリＩ３に一時記憶される。プログ ラムステップ３５において、測定された値が電子コンパスをもう１度較正する必 要があるかどうかが検査される。それは、磁界Ｈの測定値が円線図Ｏと前厄て決 められた値だけ異なっていれば、ＹＥＳである。この場合プログラムは再びステ ップ２３までジャンプして戻りかつ引き続くステップにおいて新しい測定値を用 いて相応に補正された円線図Ｏがめられる。これに対して測定された磁界Ｈと円 線図Ｏとの間に偏差が検出されなければ、プログラムはその時の走行方向を測定 するためにプログラムステップ３１にジャンプして戻る。このことは、較正走行 がもはや必要でない自動車１９による引き続くすべての走行に対しても当はまる 。従ってその場合プログラムスタート後プログラムステップ２１においてスツイ チ１８が開放されている場合にはプログラムは直ちにセンサｌＯにおける磁界Ｈ に対するその時の測定値を検出するためにステップ３１にジャンプして、引き続 いてステップ３２において走行方向が計算されかつステップ３３において指示さ れる。

本発明は、図示の実施例に限定されない。従って例えばセンサが適切に正確に組 み込まれている場合、次のようにして補正角度Δφの検出を省略することが出来 る。即ち所謂誤指示を、既知の、運輸体の走行領域において実際に変わらない値 として評価回路に入力しかつそれから評価回路のプログラムによって考慮するの である。同様に本発明の範囲内において、走行方向の変化を検査するためのプロ グラムステップ３４を省略しかつ各々のプログラムシーケンスによって、磁力計 によって測定された、磁界Ｈの値がめられた円線図０にあるかないし円線図の補 正が必要であるかどうかを検査することが出来る。また、プログラムを相応に拡 大すれば、円線図の補正を、測定値の偏差が所定の値を複数回上回った時初めて 行うように定めることも出来る。更に電子コンパスの較正に対して、乗用車１９ を１回または２回円走行させるかまたは例えばプラットホーム上で完全回転させ るかして較正を行うかどうかはさ程問題でない。本発明にとって重要なのは、次 の点である。即ち地磁界の方向をめかつベクトル図における走行方向をめるため に、磁力計におてい測定された磁界Ｈの楕円の円線図０の最大および最小Ｘおよ びＹ値を有する測定点を検出し、そこから中６点Ｐの座標Ｘ　およびＹＰを有す る固定の妨害磁界Ｐ Ｈｓのベクトルをめかつ記憶し、その後楕円の円線図０の最大および最小半径ａ 、ｂを有する磁界Ｈの測定点を検出しかつ記憶し、かつ中心点ＰのＸおよびＹ値 並びに円線図０の最小または最大半径ａ、ｂを有する測定点のＸおよびＹ値から 、回転角度δを円線図Ｏのパラメータとしてめかつ記憶することである。これら のパラメータから測定された磁界Ｈの楕円の円線図の大きさおよび位置が決まる ので、最終的に走行期間中、その都度測定される、磁界ＨのＸおよびＹ値からア ルゴリズムを介して運輸体の走行方向をめかつ指示することが出来る。

国際調査報告 Ａ）ＢＩＥＸ　Ｔｏ　ＴＨＥ　ＩＮＴＥＦ、ＮＡＴＩＯＩＡＬ　５ＥＡＲＣＨＰ 、Ｅ”ＯＲＴ　０ＮＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ　ＡＰＦ’ＬＩＣＡＴＩＯＮ　 Ｎｏ、　ＰＣＴ／ＤＥ　８５１００４９４　（ＳＡ　１１４４３）−ｅ＋＋―− 一−−＋−−暢幽＋−−―霞−一−―−＋―−―−−−−−−−―−―＋―−− ―・　＋――＋＋轡−―−一―−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．少なくとも２つの、長手軸線が相互に９０°ずれている検知器を備えた運輸 体内に固定的に組み込まれている磁力計を有する電子コンパスと、測定された磁 界に依存する、前記検知器の電気信号によって磁力計に作用する磁界の方向およ び大きさを求めかっ走行方向を計算する評価回路とを用いて運輸体の走行方向を 求める方法において、 ａ）地磁界（Ｈ）の方向および前記磁力計（１０）のＸ軸に対するその角度（φ ′）を求めるために、運輸体（１９）の回転によってまずベクトル図において前 記磁力計（１０）において測定された磁界（Ｈ）の楕円の円線図（Ｏ）の最大お よび最小値（ｘ、ｙ）を有する測定点（ＭＩ…Ｍ４）を検出しかっ前記評価回路 （１０）によってそこから中心点（Ｐ）の座標（Ｘｐ、Ｙｐ）を有する固定の妨 害磁界（Ｈｓ）のベクトルを楕円の円線図（Ｏ）のパラメータとして求めかっ記 憶し、 ｂ）それから楕円の円線図（Ｏ）の、その中心点（Ｐ）に対する最大および最小 半径（ａ、ｂ）を有する磁界（Ｈ）の測定点（Ｍ５…Ｍ８）を検出しかっそこか ら半軸を円線図（Ｏ）の別のパラメータとして求めかっ記憶し、 ｃ）中心点（Ｐ）の値（ｘ、ｙ）および円線図（Ａ）の最小または最大半径（ａ 、ｂ）を有する少なくとも１っの測定点（Ｍ５…Ｍ８）の値（ｘ、ｙ）から、回 転角度（α）を円線図（Ｏ）のパラメータとして求めかっ記憶しかっ ｄ）最後に走行期間中円線図（Ｏ）の記憶されたパラメータおよび循環的に測定 される磁界（Ｈ）の値（ｘ、ｙ）から、アルゴリズムを介して運輸体の走行方向 を求めることを特徴とする運輸体の走行方向を求める方法。 ２．走行期間中、ベクトル図（ｘ、ｙ）における測定点（Ｍｘ）を評価回路（１ １）によって検出し、記憶しかっ円線図（Ｏ）の求められたパラメータの検査お よび補正のために処理する請求の範囲第１項記載の方法。 ３．ベクトル図（Ｘ、Ｙ）における最大および最小の測定点（ｘ、ｙ）を有する ４っの測定点（Ｍ１…Ｍ４）を運輸体（１９）の完全な回転期間中検出しかっ評 価回路に記憶する請求の範囲第１項記載の方法。 ４．運輸体（１９）の完全な回転ないし円走行の期間中、４っの測定点（Ｍ１… Ｍ４）のほかに複数の別の測定点（Ｍ５…Ｍ８）を測定された磁界（Ｈ）の円線 図（Ｏ）の別のパラメータを求めるために評価回路（１１）によって検出しかっ 記憶する請求の範囲第３項記載の方法。 ５．運輪体（１９）の走行期間中、磁界（Ｈ）の測定点された値（ｘ、ｙ）を記 憶された値と比較しかっ円線図（Ｏ）と偏差があった場合後で較正するために検 出しかっ記憶する請求の範囲第４項記載の方法