JPS63200014A - 地磁気方位センサの着磁補正方法 - 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〉 この発明は地磁気方位センサの着磁補正方法に関し、さ
らに詳細にいえば、外部要因により着磁される構成部分
を有する移動体に地磁気方位センサを取付け、地磁気方
位センサからの出力信号、および移動体の移動方向に関
する情報に基いて移動体の位置を検出する位置検出装置
に適用される地磁気方位センサの着磁補正方法に関する
。

〈従来の技術〉 従来から道路交通網の任意の箇所を走行している車両の
位置を検出する方式として、距離センサと、方位センサ
と、両センサからの出力信号に必要な処理を施す処理装
置とを具備し、車両の走行に伴なって生ずる距離変化量
、および方位変化量を積算しながら車両の現在位置デー
タを得る推測航法（Ｄｅａｄ　Ｒｅｃｋｏｎｉｎｇ）が
提案されているが、距離センサ、および方位センサが必
然的に有している誤差が走行継続に伴なって累積され、
得られる現在位置データに含まれる誤差も累積されてし
まうという問題がある。

特に、上記方位センサとして地磁気方位センサを使用し
た場合には、車両が全く車体着磁を受けていない状態で
あれば、地磁気とセンサとの相対関係に基いて正確な方
位検出信号を出力することができるのであるが、車体着
磁を全く受けていない状態は殆どなく、程度の差はあっ
ても車体着磁を受けているのであるから、車体着磁の影
響を受けて地磁気方位センサにより検出される方位が実
際の車両走行方位から大幅にずれた状態になってしまう
ことになる。

さらに詳細に説明すれば、車体着磁を全く受けていない
状態においては、地磁気方位円の中心が座標の原点と一
致した状態になるのであるから（第６図Ａ参照）、地磁
気方位センサからの出力データ（ｘｉ、ｙｌ）に基いて
正確な方位ベクトルＤｌを得ることができる。

しかし、車体着磁を受けている状態においては、車体着
磁の程度に応じて地磁気方位円の中心が座標の原点から
ずれた状態になり（第６図Ｂ参照）、地磁気方位センサ
からの出力データ（ｘ２．ｙ２）に基いて得られる方位
ベクトルＤ２が正確な方位ベクトルＤｉから大幅にかけ
離れた状態になってしまい、到底正確な車両位置の検出
を行なうことができない状態になってしまうのである。

このような問題点を解消させるために、従来から、３６
０度、或は３６０度よりも少ない所定角度だけ旋回する
円走行を行ない、円走行の結果前られる出力円に基いて
車体着磁量△Ｘｌ、△ｙｘを検出し、その後の実走行に
おいては、上記検出された車体青磁量に基く補正を行な
って正確な方位データを得る方法が提案されている（昭
和５９年１２月発行、トヨタ技術第３４巻第２号、「ナ
ビコン」の開発、参照）。

〈発明が解決しようとする問題点〉 上記の着磁補正方法においては、実走行の途中において
新たな車体着磁が生じた場合（踏切を通過する場合等）
については、着磁補正を行なうことができない可能性が
高＜、シたがって、車両の位置検出精度が大幅に低下し
てしまう可能性が高いという問題がある。

さらに詳細に説明すると、上記着磁補正方法は、３６０
度、或は３６０度よりも少ない所定角度たけ回転する円
走行を行なうことが必須であるが、実走行の途中におい
て上記円走行を行なうことができるスペースが確実に存
在するという保障、或は車体着磁が発生した後、短時間
内に走行方向が変更されるという保障は全くなく、スペ
ースが存在せず、或は走行方向の変更が行なわれなけれ
ば、着磁補正を行なうことなく車両の位置検出を行なわ
ざるを得ないことになる。特に、実走行の途中において
、例えば踏切等の強磁界領域を車両が通過する頻度はか
なり高く、このような強磁界領域を通過した後における
車体の着磁ｍは、△Ｘ１゜△ｙ１からΔＸ２．△ｙ２に
変化するのであるから、正確に車両の位置検出を行なお
うとすれば、着磁補正量を△ｘｌ、△ｙｔから△Ｘ２．
△ｙ２に変化させなければならないことになる。

したがって、新たな着磁補正量△ｘ２．△ｙ２によるこ
となく従前の着磁補正量△ｘｌ、△ｙ１により補正を行
なえば、実際の着磁量に無関係な補正量が選択されたこ
とになり、到底正確な車両の位置検出を行なうことはで
きないのである。

また、実際に車体着磁が発生した後、所定値（車体着磁
の補正が可能な値）よりも大きい走行方向の変更があっ
た時点で地磁気方位センサからの出力データを収集し、
必要な解析、処理を行なうようにした場合には、道路の
状態によっては着磁補正量が得られるまでに長時間を必
要とし、その間において、検出される車両の位置が実際
の位置から外れてしまい、しかも外れた程度を全く知る
ことができないという問題がある。

〈発明の目的〉 この発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、
円走行、走行方向変更の何れをも行なうことなく簡単に
、地磁気方位センサの着磁補正を行なうことができる方
法を提供することを目的としている。

く問題点を解決するための手段〉 」二足の目的を達成するための、この発明の青磁補正方
法は、外部要因により着磁される構成部分を寵する移動
体の、上記着磁に起因する磁束密度が互に異なる所定位
置にそれぞれ地磁気方位センサを取付け、複数の地磁気
方位センサからの出力信号、および移動体の移動方向に
関するデータに基いて着磁に起因する偏位角、および偏
位量を算出し、算出された偏位角、および偏位量に基い
て方位検出信号を補正するものである。

但し、上記各地磁気方位センサから出力される信号の、
互に直交する方向の成分に基いて青磁に起因する偏位角
を算出するものであってもよい。

く作用〉 以上の着磁補正方法であれば、外部要因により着磁され
る構成部分ををする移動体の、上記着磁に起因する磁束
密度が互に異なる所定位置にそれぞれ地磁気方位センサ
を取付けているので、移動体着磁量に基いて互に異なる
検出信号を複数の地磁気方位センサから出力することが
できる。

そして、各地磁気方位センサから出力される信号は、地
磁気の影響を互に等しく受けているとともに、着磁の影
響を互に異なる割合で受けているのであるから、移動体
の移動方向に関するデータをも考慮することにより、両
センサからの出力信号に基いて青磁に起因する偏位角、
および偏位量を算出することができ、算出されたデータ
に基いて方位検出信号を補正することができる。

さらに詳細に説明すれば、各地磁気方位センサに対する
地磁気の影響は同一であるが、着磁の影響は同一ではな
い。しかし、着磁に起因する磁界の地磁気方位センサに
対する影響は、取付は位置に基いて定まる相違が存在す
るのみであるから、各地磁気方位センサからの出力信号
に基いて着磁に起因する偏位角を検出することができる
。

また、地磁気方位センサの方位円については、中心座標
のみならず、半径も変化しているのである。ところで、
方位円の中心座標は、上記偏位角に基いて定まる直線と
、移動体の移動方向に基いて定まる直線との交点になる
のであるから、上記各地磁気方位センサの出力信号、お
よび移動体の移動方向に関するデータに基いて方位円の
半径、および中心座標を得ることができるとともに、偏
位量をも得ることができる。

したがって、以上のようにして得られた偏位角、および
偏位量に基いて方位検出信号を補正することができる。

そして、上記各地磁気方位センサから出力される信号の
、互に直交する方向の成分に基いて着磁に起因する偏位
角を算出するものである場合にも、算出された偏位角、
および偏位量に基いて方位検出信号を補正することがで
きる。

〈実施例〉 以下、実施例を示す添付図面によって詳細に説明する。

第１図は車両（１）の所定位置に２個の地磁気方位セン
サ（２）　（３）を取付けた状態を概略的に示す図であ
り、車体着磁が発生した場合のルーフ（１１）における
等価磁石（１２）、およびボディー下部（１３）におけ
る等価磁石（１４）による影響が互に異なる状態になる
ように、地磁気方位センサ（２）　（３）を互に異なる
箇所に取付けている。具体的には、地磁気方位センサ（
２）がルーフ（１１）から距１ｌｉｆｉｌの箇所に取付
けられているとともに、地磁気方位センサ（３）がルー
フ（１１）から距離１２　（）２＞１１）の箇所に取付
けられている。

尚、上記地磁気方位センサ（２）　（３）は互に同一の
特性を存するものである。

第２図は地磁気方位センサ（２）の−例としてのフラッ
クスゲート型地磁気方位センサを示す概略図であり、励
磁回路（２２）により励磁されるトロイダルコア（２１
）に対して、互に直交する状態で出力巻線（２３）　（
２４）が設けられている。

そして、上記再出力巻線（２３）（２４）から出力され
る信号ｖｘ、ｖｙは、磁束密度がｇの磁界か地磁気方位
センサに対して角度ψで交わった状態（第２図参照）に
おいて、 ＶＸ−ｇＳｃｏｓψ Ｖｙ−ｇｓｓｉｎψ となる。但し、Ｓは地磁気方位センサの出力係数である
。

また、車両（１）を予め測定された方向に向けた状態に
おける車両の方向を示す情報、予め設定されている道路
の方向を示す情報、或は、車輪速の差に基いて算出され
た相対方位変化量等により車両の走行方向θを得ること
ができる。

したがって、両地磁気方位センサ（２）　（３）の各出
力巻線（２３）　（２４）　（３３）　（３４）から取
出される信号Ｖ　ｘｉ。

Ｖ　ｙｌ、　　Ｖ　ｘ２．　　Ｖ　ｙ２、および車両の
走行方向θに基いて以下のようにして着磁補正を施し、
正確な車両の走行方位を得ることができる。

第３図は着磁補正を施して真の走行方位を検出するため
の装置の構成を概略的に示す図であり、地磁気方位セン
サ（２）　（３）からの出力信号、および車輪速センサ
（４）からの出力信号を演算処理装置（５）に供給し、
演算処理装置（５）において、以下に詳細に説明する演
算処理を施すことにより真の走行方向θを得るようにし
ている。尚、上記車輪速センサ（４）としては、例えば
、磁気抵抗素子、および磁気ベルトから構成されるもの
を使用すればよいが、この構成の車輪速センサに限定さ
れるものではななく、他の構成の車輪速センサを使用す
ることも可能である。

さらに詳細に説明すると、両地磁気方位センサ（２）　
（３）の取付は位置はルーフ（１１）に非常に近いので
あるから、距離の２乗に反比例する磁界強度は、等価磁
石（１２）に起因する成分が殆どであり、等価磁石（１
４）に起因する成分は殆ど存在しないことになる。した
がって、以下の説明においては、両地磁気方位センサ（
２）　（３）がルーフ（１１）における等価磁石（１２
）の影響、および地磁気の影響のみを受けているものと
仮定する。

先ず、各地磁気方位センサ（２）　（３）に対しては、
等価磁石（１２）に起因する磁界（各地磁気方位センサ
（２）　（３）が受ける磁束密度がＧｌ、Ｇ２　）　、
および地磁気（磁束密度がＢ）が作用するのであるから
、各出力巻線からの出力信号は、第４図に示すように、
Ｖｘｌ　−ａ　Ｂ　Ｓ　ｃｏｓθ十ＧｌｃｏｓαＶｙｌ
　−ａ　Ｂ　Ｓ　　ｓｉｎθ＋Ｇｌ　　ｓｌｎαＶｘ２
−　ａ　Ｂ　Ｓ　　ｃｏｓθ＋Ｇ２　　ｃｏｓａＶｙ２
＝　ａ　Ｂ　Ｓ　ｓｌｎθ十Ｇ２　５ｌｎａとなる。但
し、ａは方位円の半径の変化率（但し、ａ＞０であり、
地磁気正常時にはａ−１である）であり、θは車両（１
）の走行方向であり、αは等価磁石（１２）に起因する
磁界が地磁気方位センサと交わる角度である。

したがって、ルーフ（１１）の着磁方向αは、ａ　−ｔ
ａｎ−１ｔ　（Ｖｙｌ−Ｖｙ２）　／　（Ｖｘｌ−ＶＸ
２）　）として算出される。

また、上記地磁気方位センサ（２）の方位円において、
着磁方向に延びる直線Ｌｌと、車両（１）の走行方向に
延びる直線Ｌ２とは、第５図に示すように、直線Ｌ１が
（ｒ　１ｃｏｓａ　、　　ｒ　１ｓｌｎａ　）直線Ｌ２
が（Ｖ　ｘｌ＋　ｒ　２ｃｏｓθ、　Ｖｙｌ＋　ｒ　２
ｓｌｎθ）としてそれぞれ現わされることになる。

したがって、両立線Ｌ　Ｌ、Ｌ　２の交点においては、
ｒ　ＩＣ，Ｏ８α−Ｖ　ｘｌ＋　ｒ　２ｓ１ｎθｒ　１
ｓｌｎα−Ｖ　ｙｌ＋　ｒ　２ｓ１ｎθの関係が成立す
ることになり、両式から、ｒ　ｌ　−（Ｖｘｌ　ｓｌｎ
θ−Ｖｙｌｃｏｓθ）／５ｉｎ（θ−α） ｒ２　＝　（Ｖｘｌ　５１１１（Ｚ−Ｖｙｌ　ｃｏｓａ
）／５ｉｎ（θ　−α　） （但し、θ−α≠０．±π） としてｒｒ、ｒ２を得ることができる。

この結果、着磁ＷＧＩ　、および方位円の半径Ｒは、 Ｇｌ　＝ｌ　ｒｌ　　Ｉ−ｌ　　（Ｖｘｌｓ１ｎθ−Ｖ
ｙｌｅｏｓθ）／５ｉｎ（θ−α）Ｉ Ｒ−ｌ　ｒ２　　ｌ　＝　ｌ　　（Ｖｘｌ　５ｉｎａ−
Ｖｙｌ　ｃｏｓａ）／５ｉｎ（θ−α）１ として得られる。

また、方位円の中心座標（Ｏｘｉ、　Ｏｙｌ）は、上記
ｒ１を示す式を直線Ｌｌを示す式に代入することにより
、 Ｏｘｌ　−（Ｖｘｌ　ｓｉｎθ−Ｖｙｌｃｏｓθ＞　　
ｃｏｓａ／５ｉｎ（θ−α） Ｏｙｌ−（Ｖ　ｘｌ　　ｓｉｎθ　−Ｖｙｌｃｏｓθ）
　　　５ｌｎａ／５ｉｎ（θ−α） として得られる。

さらに、上記の演算において使用される車両（１）の走
行方向θを得る方法について詳細に説明すると、 ■　地磁気方位センサの初期化を行なう場合であれば、 地磁気方位センサを初期化する地点、およびその地点で
の車両の方向を固定した状態において、上記固定されて
いる方向を、地図、コンパス等を用いて予め測定してお
き、或は、 地図マツチング方式のナビゲーションシステム、或はロ
ケーションシステムの場合には、初期位置設定時にその
地点の道路の方向から車両の方向を得ることにより、 走行方向θを得る。

■　走行途中において着磁補正を行なう場合であれば、 車輪速センサ（４）の出力に基いて車輪速の差を得、差
信号に基いて相対方位変化量を算出し、さらに、直前の
走行方向に相対方位変化量を加算することにより走行方
向θを得、る。

以上のようにして一方の地磁気方位センサ（２）による
方位円の中心のずれ量Ｇｌ、変化した方位円の半径Ｒ１
およびずれの方向αを得ることができるのであるから、
上記ずれｍ　Ｇ　１　、変化した方位円の半径Ｒ１およ
びずれの方向αに基いて補正を施すことにより（具体的
には、方位円の中心座標を算出し、この中心座標データ
と、地磁気方位センサ（２）からの出力データとに基い
て、方位円上における向きを算出することにより）、正
確な車両（１）の移動方向θを得ることができる。

尚、以上の実施例においては、地磁気方位センサ（２）
の出力に基いて、即ち、式 ％式％ を使用することにより、最終的に真の方位データθを得
るようにしているが、地磁気方位センサ（３）の出力に
基いて、即ち、式 ％式％ を使用することにより、最終的に真の方位データθを得
るようにしてもよい。

また、上記実施例においては、θ−α≠０゜±πの場合
についてのみ説明しているが、θ−α−０．±πの場合
には、以下のようにして着磁補正を行なうことができる
。

■　地磁気方位センサの初期化を行なう場合この場合に
は、初期化を行なうための車両（１）の向きを複数個準
備しておけはばよく、何れかの向きにおいてθ−α≠０
．±πの条件を満足する状態になるので、上記実施例の
ようにして地磁気方位センサの初期化を行なうことがで
きる。

■　車両走行途中における着磁補正を行なう場合 この場合には、着磁補正を行なうことができないのであ
るが、θ−α、或はθ−α±πであるから、地磁気方位
センサの出力信号に基いてαを算出することにより、簡
単に車両（１）の走行方向θを得ることができるので、
上記実施例の着磁補正動作を行なうことができなくても
不都合はない。尚、上記θ−α、或はθ−α±πの選択
については、例えば、車輪速センサからの出力信号に基
いて算出される現在進行方向の推定値を基準として行な
えばよい。

尚、この発明は上記の実施例に限定されるものではなく
、例えばフラックスゲート型地磁気方位センサ以外の地
磁気方位センサを使用することが可能である他、車両以
外の移動体に適用することが可能であり、その他、この
発明の要旨を変更しない範囲内において種々の設計変更
を施すことが可能である。

〈発明の効果〉 以上のようにこの発明は、着磁が生じて地磁気方位セン
サによる検出方位が真の方位からずれた場合に、移動体
を円運動させることなく、移動体に取付けた複数個の地
磁気方位センサからの出力信号、および移動体の移動方
向に関するデータに基いて検出方位のずれを補償し得る
補正値を算出することができ、移動体の本来の移動をそ
のまま継続させることができるとともに、正確、かつ迅
速な位置検出を行なわせることができるという特をの効
果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は車両に対して２つの地磁気方位センサを取付け
た状態を説明する概略図、 第２図は地磁気方位センサの一種としてのフラックスゲ
ート型地磁気方位センサの構成を示す概略図、 第３図は着磁補正を施すための装置の概略構成を示すブ
ロック図、 第４図は各地磁気方位センサに対応する方位円の関係を
示す図、 第５図は着磁量の算出原理を説明する図、第６図は着磁
補正が行なわれない状態を説明する図。 （１）・・・車両、（２）　（３）・・・地磁気方位セ
ンサ、（４）・・・車輪速センサ、（５）・・・演算処
理装置、（１２）・・・等価磁石、（２３）　（２４）
　（３３）　（３４）・・・出力巻線第４図 ｙ 第５図 Ｖ 第 （Ａ） ６　図 （Ｂ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．　外部要因により着磁される構成部分を有する移動
   体の、上記着磁に起囚する磁 束密度が互に異なる複数の位置にそれぞ れ地磁気方位センサを取付け、複数の地 磁気方位センサからの出力信号、および 移動体の移動方向に関するデータに基い て着磁に起因する偏位角、および偏位量 を算出し、算出された偏位角、および偏 位量に基いて方位検出信号を補正するこ とを特徴とする地磁気方位センサの着磁 補正方法。
2. ２．　各地磁気方位センサから出力される信号の、互に
   直交する方向の成分に基いて 着磁に起因する偏位角を算出する上記特 特許請求の範囲第１項記載の地磁気方位セ ンサの着磁補正方法。