JPS63187113A - ナビゲ−シヨンシステムにおける地磁気センサの補正方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は車両等に搭載して車両の進行方向や走行距離、
目的地までの距離や方位等を運転者に情報として与える
ナビゲーションシステムであって、特に方位センサとし
て地磁気センサを用いた場合のセンサ出力精度を向上さ
せるようにしたナビゲーションシステムにおける地磁気
センサの補正方法に関する。

（ｉ冶愈念大Ｓ島〕 車両用ナビゲーションシステムは、第５図に示すように
、地磁気を検知して方位信号を出力する地磁気センサＡ
と、車輪の回転に応じて車速や走行距離などの情報を提
供する車速センサＢと、地図や周辺状況などの情報を提
供する媒体Ｃと、前記両センサＡ、Ｂの情報から現在位
置、走行経路を計算し、媒体Ｃから提供された地図上に
合成する本体りとを有し、その結果を運転者にディスプ
レイ已により表示するようになっている。このようなナ
ビゲーションシステムにおいて、方位センサとして用い
られている地磁気センサは２つのコイルよりなり、コイ
ルを横切る地磁気の大きさを２つのアナログ信号（χ、
Ｙ）に変換して出力し、信号（Ｘ、Ｙ）の組合わせでセ
ンサ、ひいては車両の向いている方位を出力表示するよ
うになっている。

ところで、地磁気センサは、その構成上、地磁気とその
他の磁気を判別できない、このため、車両に搭載した場
合には車両の着磁の影響を直接受けてしまい、地磁気と
車両が帯びている磁気の合成ベクトルを方位として出力
し、正しい方位を知る上での妨害要因となっていた。

このようなことから、従来では着磁の影響を除去するた
め、走行前に車両を旋回させ、その旋回データを元にし
て正しい方位を得るようにしていた。

すなわち、車両の着磁がない場合、地磁気センサは車両
の旋回により直交する２つのコイルから９０度位相のず
れた正弦曲線としてのＸ、Ｙ信号を出力する。これを横
軸にＸ信号、縦軸にＹ信号と”して座標に描くと、第６
図に示される旋回円Ｓｏが求められ、旋回円の大きさは
地磁気の大きさに比例する。そして、Ｓｏ上の点Ａと旋
回円の中心０を結んだベクトル０＾がその時の方位を示
す。そして、車両の着磁がある場合、車両が帯びている
磁気もセンサが感知してしまうため、旋回円は地磁気ベ
クトルと着磁による合成ベクトルにより決定されたＳｐ
となり、旋回中心Ｐが着磁量に応じて原中心０からずれ
てしまう。得られた旋回円Ｓρは地磁気のみのときの円
を着磁によるベクトル分だけ中心位置のみが移動した円
となる。このため、前述した点Ａの正しい方位は着磁に
よって中心移動した旋回円Ｓｐの中心Ｐから向うベクト
ルＰ＾となる。そのときの方位角の誤差θｄは第５図で
θｄ−θ０−θｐとなり、誤差の大きさは方位によって
変化する。

したがって、従来では走行前に車両を旋回させて着磁の
影響を受けた旋回円Ｓｐの中心を求めておき、この中心
を基準として方位を算出して出力していた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、車両はその走行中において、高架、踏切、送
電線などを通過することによって強電界の影響を受け、
着磁量が変化してしまい、この結果、旋回円の中心が移
動してしまう問題があった。

第７図は旋回中心値の実際の変化状態を示したもので、
適当なコースを走行し、その途中で車両を旋回すること
により旋回円の中心値を算出してグラフ化したものであ
る。このように、走行中に着磁量が変化するため、それ
までの旋回データが無駄になり、正しい方位が得られな
がった。この場合、走行途中において旋回動作を行って
補正を行っても改善はできるが、実用的でない。

本発明は、上記従来の問題点に着目し、着磁量が走行中
に変化した場合でも、地図の画像データとともに記憶し
ておいた道路の方位データを用い、通常走行しながら地
磁気センサの誤った方位に補正を加えることのできるナ
ビゲーションシステムにおける地磁気センサの補正方法
を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明に係るナビゲーショ
ンシステムにおける地磁気センサの補正方法は、初期旋
回データから得られた旋回中心に基づき方位を出力する
地磁気センサがら交差点通過前後の方位の異なる２つの
道路における出力データを取込むとともに、地図情報か
ら前記各道路の方位データ暮取込み、前記出方データと
道路方位データに基づいて初期旋回データによる旋回中
　　　　　−心を補正し、この補正された旋回中心に基
づく方位を出力方位として表示するように構成した。よ
り具体的には、前記補正は初期旋回中心を中心とする座
標上における出力データを方位角θ。、。

θＯＩ＋方位指標位置Ａ　（ＸＡ、Ｙａ）、Ｂ　（Ｘｓ
。

ｙ＋＋）とし、道路方位データを方位角θＦＡＩ　　θ
Ｐ８としたとき、次式で定められる位置を補正旋回中心
として演算するようにしたものである。

ただし、 ａ　−ｒＪ　Ｘ、　”　＋ＹＡ”　・５ｉｎ（θ、−〇
。、）β−ｒＪ　ＸＢ　”　＋　Ｙｍ　”　・５ｒｎｃ
θ２．−θａｍ）ｒ：旋回円半径 このような構成としたのは、次のような原理に基づくか
らである。すなわち、第３図に示すように、まず最初に
原点０　（０，０）に中心のあった旋回円Ｓｏが、着磁
のために点Ｐ　（Ｘｐ、Ｙｐ）を中心とする旋回円ｓｐ
に移ったとする。このとき、旋回円Ｓｐ上の任意の１点
をα（ａ、ｂ）　、　Ｓρの半径ｒ、０α間の距離をｄ
、０αとＸ軸のなす角θｏ、ＰαとＸ軸のなす角をｖｐ
とすると、次の２式が成立する。

ｄｓ　ｉｎθｏ　＝　Ｙｐ＋　ｒｓｉｎｌｌ？　ｐ　・
旧＝　＝　＝（２）ｄｃｏｓθ０　＝χｐ十ｒｃｏｓθ
ｐ　−φ”　−−・１−（３）また、加法定理より次式
が成立する。

５ｉｎ（θｐ−θｏ）　＝　ｓ　ｉｒθｐ’ｃｏｓθｏ
−ｃｏｓθρ・ｓｉｎθ０・・・・・・・・・・・・（
４）（４）弐の右型に（２）、　（３）式を代行すると
、５ｉｎ（θ叶θｏ）＝ｓｉｎθｐ　・（（Ｘｐ　＋ｒ
ｃｏｓθｐ）／ｄ）−ｃｏｓθｐ　・（（Ｙｐ　＋ｒｓ
ｉｎθｐ）／ｄｌ＝１／ｄ　・（Ｘｐｓｔｎθ９−　’
Ｉａｃｏｓθｐ）・・・・・・・・・（５） （５）式にｒｓｌｎθｐ　＝　ｂ−Ｙｐ、　ｒｃｏｓθ
ｐ＝ａ−にｐ。

ｄ＝　Ｊ−ａ”＋　ｂ”という関係を代入すると、とい
う式が得られる。この式から旋回円Ｓｏが移動して円Ｓ
ｐになったとき、その中心Ｐ　（Ｘｐ、Ｙｐ）は、未知
数Ｘｐ、Ｙ、の２個であるから、Ｓｐ上の任意の２点か
ら得られるデータから演算により求めることができる。

上記（６）式において、ｖｐは車両が道路方向と等価で
あることから地図情報により道路方位角として取込めば
よく、θ０は初期の旋回データから得られている旋回円
からセンサが方位角として出力しているのでセンサ出力
から直接取込めばよい、また、旋回円半径ｒは地磁気の
強さによって定まり、地域的な強弱はあるものの、狭い
範囲ではほぼ一定値としてみなして差し支えがない。

更に、α（ａ、ｂ）は方位指標位置であり、センサから
の出力として得られる。車両が直進状態ではセンサ出力
は一定であるため異なる方位出力が得られないので、車
両が交差点を通過する前後のセンサ出力データを取込む
ことにより、異なる方位データを得て（６）式から旋回
円Ｓｐの中心Ｐ（Ｉｐ、　ｖｐ＞を演算できる。

以上のことから、第４図に示すように、旋回円Ｓｏが移
動して円Ｓｐとなったとき、円ｓｐ上の任意の２点Ａ　
（ＸＡ、　ＹＡ）　、　Ｂ　（ＸＢ、　ＹＢ）と、その
ときのＡ点。

Ｂ点が円Ｓｏの中心０（ｏ、ｏ）となす角θ。１．θ。

ｅを地磁気センサから取込み、かつＡ点、Ｂ点が円Ｓｐ
の中心Ｐ（にｐ、Ｙｐ）となす角θ７．θ、を地図情報
から取込み、前記（１）式に基づき演算処理することに
より、移動後の旋回円Ｓｏの中心Ｐ　（Ｘｐ、Ｙｐ）が
求められるのである。

〔作用〕

上記構成により、車両が交差点を通過する毎に、通過前
後の地磁気センナ出力データと地図情報を読みとり、（
１）式から得られた移動後の旋回円中心を即座に求める
ことができる。このため、車両走行中に踏切通過等によ
って車両の着磁量が変化しても、この変化に基づく方位
誤差は次の交差点通過時に補正され、正しい方位を交差
点の通過毎に出力表示させることができる。このような
ことがら、予めシステム中に地図情報を記憶させるとき
、地図面像とともに、道路交差点の位置、交差点の道路
の数、道路の伸びる方向等を共に記憶させておき、その
データと地磁気センサ出力とにより正しい旋回円の中心
値を得ることができ、もって正しい方位の出力が可能と
なる。

〔発明の実施例〕

以下に本発明に係るナビゲーションシステムの実施例を
図面を参照して詳細に説明する。

まず、車両の走行前に旋回円の初期設定をなし、地磁気
の強弱によって定まる旋回円Ｓｏの半径および中心○を
定める（第１図ステップ１０）、この場合、蓄積されて
いる過去のデータを用いればよく、あるいは走行前に車
両旋回を行って着磁量を加味した新たな旋回円を初期旋
回円Ｓｏとし、その中心を原点とすればよい。次に、走
行状態に入った後、現在の走行方位が変化していないこ
とを確認するために、現在車両が直進中か否かが判別さ
れる（同ステップ２０）、そして、直進中である場合に
は地磁気センサからステップ１０で求めた原点からの地
磁気指標点Ａの直交軸上路１ｉｄｉＸＡ、ＹＡと、その
方位角θ。、とを取込む（同ステップ３０）、また、こ
のステップでは予め媒体Ｃ（第５図参照）に入力されて
いる地図記憶データに基づき、現在直進走行中の道路方
位θ７．を取込む。

このことを、模式図で示すと第２図（１）、　（２）の
関係となる。すなわち、車両ｌが直線道路のＷ地点を走
行している場合、初期旋回データで定められた旋回円Ｓ
ｏはＷ地点に至るまでに通過した踏切等により車両着磁
量が変化し、原点０からＰ　（Ｘｐ。

Ｙｐ）点に移動している。地磁気センサは初期旋回円Ｓ
ｏに基づく出力をしているので、方位指標点Ａの出力デ
ータは原点０からの距離ＸＡ、ＹＡ、方位角θ。、とな
る、したがって、これを直接取込むが、旋回円が移動し
ているので、正しい方位ベクトルＰＡは示されない。一
方、車両１の進行方向と道路方向とは一致しているので
、第２図（１）に示すように車両進行方位は地図情報か
ら地磁気方位Ｈと道路のなす角θ、として取込むことが
でき、これは同図（２）に示すように正しいベクトルＰ
Ａの方位角と一致する。

次に、車両が交差点等を通過して進行方向が変化した場
合、方位指標点が異なるので、先のデータと値の異なる
データの入力が可能となる。そこで、前記ステップ３０
に続き、車両が曲がったか否かが判別され（第１図ステ
ップ４０）、曲がった後のデータが安定するように現在
直進中か否かが判別される（同ステップ５０）。直進中
であることが確認されたならば、先のステップ３ｏの場
合と同様に、新たな方位指標点Ｂの直交軸上路ｉ％ｌ　
ＸＢ、　ＶＢとその方位角θ。、を取込み、同時に地図
情報からの道路方位角θ２．とを取込むのである（同ス
テップ６０）。

ステップ６０の処理によって取込まれるデータの関係は
第２図（１）、　（３）に示される。旋回円ｓｐの移動
は交差点等の通過前後で変わらないものとすると、地磁
気センサからの出力データは初期旋回円Ｓｏに基づくも
のであるため、カーブ後の直進走行地点Ｚにおける方位
指標点Ｂは原点０からの距離ＸＢ。

ＹＢ、方位角θ。、となる、そして、車両進行方位はＺ
地点を含む直進道路が地磁気方位Ｈとなす角θ、菖に一
致し、これは地図情報から取込むことができ、正しい方
位ベクトルＰＲの方位角と一致する　。

このようにして、道路交差点等を通過する前後の直進位
置において取込まれたデータＸＡ、ＹＡ、θ。４゜θ、
Ａ、　ＸＢ、ＶＢ、θ。、、θｒ、と、旋回円半径ｒの
８値を用いて、次のステップ７０では、前記式（１）に
基づいた演算処理を行って車両の着磁量の変化によって
移動した旋回円Ｓｐの中心値Ｐ　（Ｘｐ、Ｙｐ）を算出
し、これを以後の中心値として定め、正しい方位を得て
ディスプレイ已に出力表示させるのである。

上述のような処理は、第５図に示した媒体Ｃに地図の画
像そのものの他に、地図上の道路の交差点の位値、それ
ぞれの交差点の道路の数、その道路の伸びる方向等も共
に記憶させておき、必要な補正点数を定め、その補正位
置に達したときにサブルーチン上で逐時補正を行って正
しい方位を出力させるようにすればよい。

〔発明の効果〕 以上説明したように、本発明によれば、道路走行中に車
両の着磁量が変化することによって正しい方位が出力さ
れなくなっても、車両が交差点等を通過して曲がる度に
、その前後のデータを基にして旋回円の正しい中心値を
演算処理によって求めることができ、正しい方位出力表
示が可能となるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例に係る地磁気センサの補正方法を示すフ
ローチャート、第２図（１）〜（３）は道路走行状態と
車両が曲がる前後の旋回円の関係を示す模式図、第３図
は旋回円の移動と方位角の関係を示す図、第４図は旋回
円の移動と任意の２点の出力データの関係を示す図、第
５図はナビゲーションシステムの構成図、第６図は旋回
円の移動と方位角誤差の関係を示す図、第７図は旋回円
の中心の移動軌跡を示す図である。 代理人　弁理士　　村　上　友　− 第１図 第２図 （２）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　（３ン第３図 第５図 第６図 第７図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）初期旋回データから得られた旋回中心に基づき方
   位を出力する地磁気センサから交差点通過前後の方位の
   異なる２つの道路における出力データを取込むとともに
   、地図情報から前記各道路の方位データを取込み、前記
   出力データと道路方位データに基づいて初期旋回データ
   による旋回中心を補正し、この補正された旋回中心に基
   づく方位を出力方位として表示することを特徴とするナ
   ビゲーションシステムにおける地磁気センサの補正方法
   。
2. （２）前記補正は初期旋回中心を中心とする座標上にお
   ける出力データを方位角θ＿Ｏ＿Ａ，θ＿Ｏ＿Ｂ方位指
   標位置Ａ（ＸＡ，ＹＡ），Ｂ（ＸＢ，ＹＢ）とし、道路
   方位データを方位角θ＿Ｐ＿Ａ，θ＿Ｐ＿Ｂとしたとき
   、次式で定められる位置を補正旋回中心として演算する
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のナビゲー
   ションシステムにおける地磁気センサの補正方法。 Ｘ＿Ｐ＝（αＸ＿Ｂ−βＸ＿Ａ）／（Ｘ＿ＢＹ＿Ａ−Ｘ
   ＿ＡＹ−＿Ｂ） Ｙ＿Ｐ＝（αＹ＿Ｂ−βＹ＿Ａ）／（Ｘ＿ＢＹ＿Ａ−Ｘ
   ＿ＡＹ＿Ｂ） ただし、 α＝ｒ√Ｘ＿Ａ＾２＋Ｙ＿Ａ＾２・ｓｉｎ（θ＿Ｐ＿Ａ
   −θ＿Ｏ＿Ａ） β＝ｒ√Ｘ＿Ｂ＾２＋Ｙ＿Ｂ＾２・ｓｉｎ（θ＿Ｐ＿Ｂ
   −θ＿Ｏ＿Ｂ） ｒ：旋回円半径