JPH0123047B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、コース誘導装置、特に地磁気方位を
検出する磁気方位センサと走行速度を検出する速
度センサとの出力にもとづいて得られる走行軌跡
情報によつて、例えば乗用車などの移動体の現在
位置を更新しつつ道路地図に対応させて表示する
コース誘導装置において、上記移動体の走行時に
生じる上記磁気方位センサの微小オフセツト誤差
を、上記走行軌跡情報にもとづいて補正すること
によつて正確な走行軌跡を表示せしめるようにし
たコース誘導装置に関するものである。

従来から、磁界の方向を検出する磁気方位セン
サを用いて地磁気の方位を検出することによつて
移動体の走行方向の方位を検出することが考慮さ
れている。そして、例えば乗用車などの移動体に
搭載された上記磁気方位センサおよび速度センサ
の出力にもとづいて上記乗用車の現在位置を抽出
し、例えばデイスプレイ上に上記乗用車の走行軌
跡としてプロツトさせると共に、道路地図を上記
デイスプレイ上に対応づけ、上記プロツトが道路
上の道路に沿つて延びて行くようにしてコースを
誘導する移動体用コース誘導装置が開発されつつ
ある。

上記磁気方位センサによる方位検出原理を第１
図を参照して説明する。図中の符号１が磁気方位
センサであつて、直交するＸ，Ｙの２軸方向にお
ける地磁気を検出することによつて、例えば第１
図に図示されている如く、磁北方位する磁気方位
センサ１のＹ方向の角度θを求めることができ
る。即ち、上記磁気方位センサ１のＸ軸およびＹ
軸方向の出力（Vx，Vy）は次式(1)によつて表わ
される。

Vx＝Kx・Hex・sinθ Vy＝Ky・Hex・cosθ ……(1) 但し、Hexは地磁気水平分力の強さ、Kxおよ
びKyは磁気方位センサ１のＸ軸およびＹ軸方向
の感度を表わす係数。

上記磁気方位センサ１のＸ軸およびＹ軸の感度
が均一になるように調整すると、即ちKx＝Ky＝
Ｋとなるようにすれば、第(1)式にもとづいて、上
記磁気方位センサ１のＹ方向の磁北方位に対する
角度θを次式(2)によつて求めることができる。

θ＝tan^-1（Vx／Vy） ……(2) このようにして、移動体の走行方向を上記磁気
方位センサ１の出力によつて知ることができる。
しかしながら、上記磁気方位センサ１が例えば乗
用車などのように鉄板によつて構成された車輛内
に搭載された場合には、車輛を構成する鉄板の帯
磁の影響を受けて、上記磁気方位センサの出力は
オフセツトがかかることによつて、地磁気の正確
な方位を検出することができない。また、上記磁
気方位センサの車輛内における搭載位置によつて
検出感度に差異が生じることがある。従つて、こ
のようなことから、ただ単に上記磁気方位センサ
の出力をそのまま走行方向の方位決定のデータと
して用いると、現在位置表示に誤差が生じるとい
う問題がある。

本願出願人らは、上記の問題を解決するため本
願出願に先立つて、上記磁気方位センサの出力に
対してオフセツト補正、感度補正等の補正を加え
ることによつて、移動体の走行方向の方位を正確
に検出するようにした磁気式方位検出装置をそな
えた第２図図示の如きコース誘導装置を提案して
いる。図中、１は磁気方位センサ、２はＡ／Ｄコ
ンバータ、３は初期補正部、４は角度変換部、５
は単位ベクトル発生部、６は速度センサ、７は積
算器、８は走行軌跡メモリ、９は表示部を表わ
す。

第２図において、磁気方位センサ１の出力Vx，
Vy（第(1)式によつて示されているアナログ信号）
は、Ａ／Ｄコンバータ２によつてデジタル信号に
変換される。該Ａ／Ｄコンバータ２によつてデジ
タル信号に変換された上記磁気方位センサ１の出
力Vx，Vyに対する初期状態におけるオフセツト
補正および感度補正が初期補正部３において行な
われる。なお、該初期補正部３における初期補正
は第(3)式にもとづいて行なわれる。

V′x＝k_x（Vx−Vx₀） V′y＝k_y（Vy−Vy₀） ……(3) 但し、k_xおよびk_yは感度補正値、Vx₀および
Vy₀はオフセツト補正値、V′xおよびV′yは補正
後の磁気方位センサ１の出力。

次に角度変換部４において、上記初期補正部３
の出力即ち補正後の磁気方位センサ１の出力
V′x，V′yによつて走行方向角θを求める。該走
行方位角θは次式(4)によつて求められる。

θ＝tan^-1（V′x／V′y） ……(4) 単位ベクトル発生部５は、上記角度変換部４の
出力即ち第(4)式によつて示されている走行方位角
θのsin成分およびcos成分即ちsinθおよびcosθを
求める。また、速度センサ６は例えば車輪の回転
に対応させて一定距離Δl走行する毎にクロツ
ク・パルスを出力する。そして、積算器７におい
ては、上記速度センサ６からクロツク・パルスが
入力される毎に、即ち移動体が距離Δl走行する
毎に、上記単位ベクトル発生部５から入力される
走行方位角情報即ち上記sinθおよびcosθを順次積
算し、当該積算値は走行軌跡メモリ８に上記移動
体の走行軌跡情報として順次格納される。該走行
軌跡メモリ８に格納される走行軌跡情報は、第３
図に図示されている如く、距離Δl毎の走行位置
P₁，P₂，…，Pnの座標値であり、一般に走行位
置Piに対応する走行軌跡情報（Vi，Yi）は次式
(5)によつて表わされる。

そして、上記走行軌跡メモリ８の内容にもとづ
いて上記移動体の走行軌跡即ち走行距離Δl毎の
位置が表示部９に表示される。表示部９は例えば
CRTやLCDによつて構成されるデイスプレイ装
置であつて、該表示部９に道路地図が表示されて
おり、該道路地図に対応させて上記走行軌跡が表
示される。

上述したコース誘導装置においては、初期補正
部３における磁気方位センサ１の出力に対する補
正、特にオフセツト補正の適否が上記走行軌跡表
示の精度に大きく影響する。このことを第４図お
よび第５図を参照して具体的に説明する。第４図
において、OP→はオフセツトのない場合の上記磁
気方位センサ１の出力ベクトル（大きさを１とす
る単位ベクトルで表わされている。）を示す。し
かし、第４図に図示されている如く、例えば方位
「東」方向にオフセツトａが存在する場合には、
磁気方位センサ１の出力は、上記OP→とオフセツ
トａとが合成されることによつて、検出される方
位角はθからθ′となることから走行軌跡メモリ８
に格納される走行軌跡情報に誤差が生じる。その
ため、例えば方位角θ方向に直進した場合に表示
部９に表示される走行軌跡は、第５図図示P₁，
P₂，P₃と続く軌跡l₁であるべきところ、P′₁，P′₂，
P′₃と続く軌跡l₂として表示されることになる。

従つて、前述した如く、第２図図示例において
は初期補正部３における補正を行なつて正確な走
行軌跡を表示するように考慮されている。しかし
ながら、正確な初期補正が行なわれたとしても、
上記移動体が自動車のように鉄板事の強磁性体に
よつて構成されている場合には、例えば直流送電
の鉄道踏切を通過する際のように直流磁界の存在
によつてオフセツト量（本発明において微小オフ
セツト量と呼ぶ）が変動することがあり、これに
気付かずにそのまま走行を続けると、上記走行軌
跡表示に誤差が生じることになる。そのため、精
度の良い走行軌跡情報を得るためには、前述した
初期補正を何度も繰返さなければならないという
欠点があつた。

本発明は、上記の如き欠点を解決することを目
的とし、移動体の走行によつて得られる走行軌跡
情報にもとづいて、磁気方位センサの初期補正後
における微小オフセツト量を自動的に補正するこ
とによつて、精度の良い走行軌跡情報を得るよう
にして正確な走行軌跡表示を行なうことを可能な
らしめるコース誘導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６図ないし第１０図は本発明における微小オ
フセツト補正の基本原理を説明するための説明
図、第１１図は本発明の一実施例構成を示すブロ
ツク図である。

本発明に言うところの微小オフセツトが方位
「東」方向の存在する場合の微小オフセツト補正
を第６図を参照して説明する。なお説明の都合
上、第６図（後述する第７図ないし第１０図も同
じ）におけるＸ軸を方位「東」方向、Ｙ軸を方位
「北」方向に一致させるものとする。第６図にお
いて、図示矢印ａが微小オフセツト量を表わし、
OP→は微小オフセツト量ａが存在しない場合の上
記磁気方位センサ１の出力から得られる単位ベク
トルであり、該単位ベクトルOP→はＸ成分のsinθ
＝ｘとＹ成分のcosθ＝ｙとによつて表わされる。
しかし、微小オフセツト量ａが存在するために、
実際の磁気方位センサ１の出力は、第４図を参照
して前述した如く、OQ→に対応するものとなり、
該OQ→の単位ベクトルはOP→′となる。従つて、
（OP→′―OP→）が微小オフセツト量ａによる誤差ベ
クトルPP→′となる。即ち、PP→′＝OP→−OP→従つ
て、 OP→＝OP→′−PP→′ ……(6) 上記第(6)式において、OP→は磁気方位センサ１
の出力に対応するものであり、上記微小オフセツ
ト量ａの存在によつて生じた誤差ベクトルPP→′を
求めることによつて、本来の単位ベクトルOP→を
得ることができる。

第６図において、PQ→＝ａ，また一般に０＜ａ
≪１であるために∠QPP′≒θ，従つて、 PP→′＝PQ→cos（∠QPP′）≒ａ cosθ 更に、PP→′のＸ成分Δx_a、Ｙ成分Δy_aは次式(7)
によつて表わされる。

従つて、第(7)式によつて表わされる誤差ベクト
ルPP→′のＸ成分Δx_aおよびＹ成分Δy_aを求めるこ
とによつて、第(6)式を各ベクトルの夫々Ｘ成分、
Ｙ成分によつて表わすと次式(8)となる。

（ｘ，ｙ）＝（x′−Δx_a、y′−Δy_a） ……(8) 即ち、第(8)式が、方位「東」方向に微小オフセ
ツト量ａが存在する場合における上記磁気方位セ
ンサ１の出力（x′，y′）に対するオフセツト補正
式である。

次に、方位「北」方向に微小オフセツト量ｂが
存在する場合の微小オフセツト補正を第７図を参
照して説明する。第６図と同様にして、OP→が本
来の単位ベクトル、OP→′がオフセツトによる単位
ベクトル、PP→′が誤差ベクトルである。そして、
PS＝ｂ，∠PSP′＝∠PP′T≒θであり、上記誤
差ベクトルPP→′のＸ成分Δx_bおよびＹ成分Δy_bは、
第６図図示例と同様にして、次式(9)によつて表わ
される。

一般に第８図に図示されている如く、図示矢印
ｃに示されているような微小オフセツト量が存在
する場合、該微小オフセツト量ｃをＸ成分（図示
矢印ａ）とＹ成分（図示矢印ｂ）とに分解するこ
とによつて、前述した第(7)式および第(9)式を適用
して次式(10)に示される如く、誤差ベクトル（Δx，
Δy）を表わすことができる。

Δx＝Δx_a＋Δx_b＝ａ cos²−ｂ sinθ・cosθ Δy＝Δy_a＋Δy_b＝ｂ sin²−asinθ・cosθ ……(10) 上記第(10)式は単位ベクトルに表わしたときの誤
差ベクトルのＸ，Ｙ成分であるが、走行軌跡上で
は次のようになる。

即ち、第３図を参照して前述した如く、夫々の
走行位置の座標は一般に第(5)式によつて表わされ
る。例えば、第９図Ａに図示されている如く、地
点P_i-1から地点P_iへの単位ベクトルのＸ成分ΔX_i
およびＹ成分ΔY_iは次式(11)によつて表わされる。

ΔX_i＝X_i-1＝Δlsinθ_i ΔY_i＝Y_i−Y_i-1＝Δlcosθ_i ……(11) なお、上記第(10)式に示されている誤差ベクトル
（Δx，Δy）は単位ベクトルに対するものである
ため、第９図Ａに対応する誤差ベクトル（Δx′_i，
Δy′_i）は次式(12)によつて表わされる。

Δx′_i＝Δl・Δx_i ＝Δl（ａ cos²θ_i−ｂ sinθ_i・cosθ_i） Δy′_i＝Δl・Δy_i Δy′_i＝Δl・Δy_i ＝Δl（ｂ sin²θ_i−ａ sinθ_i・cosθ_i）……(1
2) しかしながら、前述した如く走行軌跡情報は方
位角情報（sinθ_i，cosθ_i）にもとづいて演算され
た座標情報（X_i，Y_i）であるために、次式（13）
式にもとづいて上記第(12)式は下記の第（14）式の
如く表わすことができる。即ち、 sinθ_i＝ΔX_i／Δl＝（X_i−X_i-1）／Δl cosθ_i＝ΔY_i／Δl＝（Y_i−Y_i-1) ……（13） 第（13）式を第(12)式に代入すると Δx′_i＝Δl｛ａ・（Y_i−Y_i-1）²／（Δl）²−ｂ・（
X_i−X_i-1）／Δl ・（Y_i−Y_i-1）／Δl｝ Δy′_i＝Δl｛ｂ・（X_i−X_i-1）²／（Δl）²−ａ・ （X_i−X_i-1）／Δl・（Y_i−Y_i-1）／Δl｝ 従つて、 即ち、上記地点Ｐに対する補正後の位置P′の座
標（X′_i，Y′_i）は次式（15）によつて表わされ
る。

X′_i＝X_i-1＋ΔX′_i＝X_i-1＋ΔX_i−Δx′_i ＝X_i-1＋（X_i−X_i-1）−Δx′_i X_i−Δx′_i 同様にして Y′_i＝Y_i−Δy′_i ……(15) なお、上記第（15）式による補正を図示すると
第９図Ｂの如くになる。

以上、或る走行位置P_iにおける補正について説
明したが、全走行軌跡情報に対して補正が行なわ
れることは言うまでもない。即ち、走行位置P₁
ないしP_oにおけるＸ成分の補正後の座標X′₁，
X′₂，…は、 X′₁＝X′₀＋ΔX₁−Δx′₁ ＝X₀＋（X₁−X₀）−Δx′₁ ＝X₁−Δx′₁ X′₂＝X′₁＋ΔX₂−Δx′₂ ＝X′₁＋（X₂−X₁）−Δx′₂ ＝（X₁−Δx′₁）＋（X₂−X₁）−Δx′₂ ＝X₂−Δx′₁−Δx′₂ 同様にして、 X′₃＝X₃−Δx′₁−Δx′₂−Δx′₃ そして、一般には次式（16）によつて表わされ
る。

X′_o＝X_o−_o 〓ⁱ⁼¹ Δx′_i ……（16） また、Ｙ成分も同様にして次式（17）によつて
表わされる。

Y′_o＝Y_o−_o 〓ⁱ⁼¹ Δy′_i ……（17） 従つて、上記第（15）式に示されているよう
に、走行軌跡メモリに格納されている走行軌跡情
報にもとづいてX′_iおよびY′_iを計算して順次積算
し、上記第（16）式および第（17）式にもとづく
補正を行なうことによつて正確な走行軌跡情報を
得ることができる。

このようにして全走行軌跡情報が補正された後
に、この補正された軌跡情報に基づいた走行軌跡
をデイスプレイ上に表示させ、道路地図と対応さ
せることによつて補正量ａ，ｂの良否を判定す
る。

以上によつて走行後の軌跡情報の補正が完了す
る。

再び走行状態に戻つた時の微小オフセツト量
ａ，ｂによる事後補正は以下の様になる。

ｉ番めの軌跡情報は補正されており、ｉ＋１番
めから走行を再開すると、座標成分は X_i+1＝X′_i＋ΔX_i+1 Y_i+1＝Y′_i＋ΔY_i+1 ……（18） 第(11)式より ΔX_i+1＝Δlsinθ_i+1 ΔY_i+1＝Δlcosθ_i+1 ……（19） であるから、補正量Δx′_i+1，Δy′_i+1は第(12)式より Δx′_i+1＝Δl（ａ cos²θ_i+1−ｂ sinθ_i+1cosθ_i+1） Δy′_i+1＝Δl（ｂ sin²θ_i+1−ａ sinθ_i+1cosθ_i+1） ……（20） となる。従つて補正後の座標成分は X′_i+1＝X′_i＋ΔX_i+1−Δx′_i+1 X′_i+1＝X′_i＋ΔX_i+1−Δx′_i+1 ＝X′_i＋Δl（sinθ_i+1−ａ cos²θ_i+1＋ｂ sinθ_i
+1cosθ_i+1） 同様に 同様に Y′_i+1＝Y′_i＋Δl（cosθ_i+1−ｂ sin²θ_i+1＋ａ sin
θ_i+1cosθ_i+1）……（21） となる。

以上の様に、速度センサーからのパルスが入力
するごとに第（21）式に基づいて、補正された軌
跡情報が得られる。

第１０図は軌跡の補正の模式図であり、簡単の
ためにΔy′_iだけの補正が示されている。l₃は補正
前の軌跡である。そして第（17）式で示す補正が
順次行なわれた補正後の軌跡はl₄で示されてい
る。

第１１図は本発明の一実施例の基本構成を示す
ブロツク図であつて、図中の符号１ないし９は第
２図に対応している。そして、符号１０は事後補
正値入力部であつて事後補正値ａおよびｂを入力
するもの、１１は事後補正ベクトル発生部であつ
て上記事後補正値ａ，ｂにもとづき、上記速度セ
ンサ６からのクロツク・パルスに対応させて単位
ベクトル発生部５からの単位ベクトルに対する補
正を行なうもの、１２は軌跡データ事後補正部で
あつて上記事後補正値入力部１０からの事後補正
値ａ，ｂと走行軌跡メモリ８に格納されている走
行軌跡情報とにもとづいて補正値Δx′_iおよびΔy′_i
を求め（第（14）式による）、各走行軌跡情報に
対応するΣx′_i，Σy′_iを一時保持して上記走行軌跡
メモリ８の内容の書換えを行なうものを表わして
いる。以下、第１１図図示実施例の動作について
説明する。

ある程度の走行軌跡情報が得られた後に、まず
事後補正値入力部１０によつて微小オフセツト値
ａ，ｂを入力する。この入力値ａ，ｂにより、軌
跡データ事後補正部１２は走行軌跡メモリ８に格
納されている走行軌跡情報を利用し、前述した第
（14）式による補正値Δx′_i，Δy′_iを求める。

Δx′_i＝１／Δl｛ａ（Y_i−Y_i-1）² −ｂ（X_i−X_i-1）（Y_i−Y_i-1）｝ Δy′_i＝１／Δl｛ｂ（X_i−X_i-1）² −ａ（X_i−X_i-1）（Y_i−Y_i-1）｝ 次に、前述した第（16）式および第（17）に基
づいて走行軌跡情報に補正を加える。即ち X′_o＝X_o−_o 〓ⁱ⁼¹ Δx′_i Y′_o＝Y_o−_o 〓ⁱ⁼¹ Δy′_i 最後に、この得られた新しい軌跡情報を走行軌
跡メモリ８に格納する。

ここで表示部９は補正された軌跡情報に基づい
て走行軌跡を表示することができる。この表示さ
れた走行軌跡と道路地図とを比較することにより
微小オフセツト値ａ，ｂの値が良かつたかどうか
判断することができる。その結果、表示された走
行軌跡が道路地図に対応しない時はもう一度上記
微小オフセツト値ａ，ｂを入力し直し、補正計算
を繰り返す。この様にして、走行軌跡情報に対す
る補正を行ない、微小オフセツト値ａ，ｂを決定
する。走行軌跡と道路地図とのずれなどを総合判
断して最初に微小オフセツト値ａ，ｂを想定して
セツトし、補正を加えた走行軌跡を得る。この補
正を加えた走行軌跡が道路地図と正しく対応して
いれば、上記値ａ，ｂが所望のものであつたと判
断する。正しく対応していなければ、上記値ａ，
ｂを入力し直す。このようにして、カツト・アン
ド・トライによつて、あるべき値ａ，ｂを得る。
あるべき値ａ，ｂが得られていたら、次に述べる
如く補正が行われることとなり、上記対応は以後
正しいものとなる。

次に走行を再開する時のために、積算器７には
最新の軌跡情報の補正された値X′_i，Y′_iが格納さ
れる。また、微小オフセツト値ａ，ｂは事後補正
ベクトル発生部にも送られて、走行時の補正演算
に用いられる。

走行時の事後補正は前述した第（21）式によつ
て行なう。即ち X′_i+1＝X′_i＋Δl（sinθ_i+1−ａ cos²θ_i+1＋ｂ
sinθ_i+1・cosθ_i+1） X′_i+1＝X′_i＋Δl（sinθ_i+1−ａ cos²θ_i+1＋ｂ
sinθ_i+1・cosθ_i+1） Y′_i+1＝Y′_i＋Δl（cosθ_i+1−ｂ sin²θ_i+1＋ａ sin
θ_i+1・cosθ_i+1） ここで第（21）式の括弧内の式が事後補正後の
単位ベクトルである。従つて、事後補正ベクトル
発生部１１では速度センサ６からのパルスが入力
するごとに、単位ベクトル発生部５から出力され
るcos，sin成分に対して、 （sinθ_i+1−ａ cos²θ_i+1＋ｂ sinθ_i+1・cosθ_i+1
）
および （cosθ_i+1−ｂ sin²θ_i+1＋ａ sinθ_i+1・cosθ_i+1
） の計算で補正後の単位ベクトルを生成して積算器
７へ送る。積算器７においては、上記第（21）式
によつて座標を更新し、走行軌跡記憶装置に格納
する。以上のような手順で微小オフセツト値ａ，
ｂによる事後補正は完了し、精度の良い走行軌跡
情報を得ることが可能となる。

以上説明した如く、本発明によれば、磁気方位
センサの初期補正後、走行中に発生する微小オフ
セツトの変化に対する補正を、走行軌跡情報を利
用して自動的に精度良く行なうことが可能となる
ため、常に正確な走行軌跡を表示して効果的なコ
ース誘導装置を行なうことを可能ならしめるコー
ス誘導装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はコース誘導装置に用いられる磁気方位
センサの説明図、第２図はコース誘導装置の従来
例の構成を示すブロツク図、第３図はコース誘導
装置における走行軌跡表示態様を説明するための
説明図、第４図および第５図は磁気方位センサの
出力に対してのオフセツト補正の必要性を説明す
るための説明図、第６図ないし第１０図は本発明
における微小オフセツト補正の基本原理を説明す
るための説明図、第１１図は本発明のコース誘導
装置の一実施例構成を示すブロツク図である。 図中、１は磁気方位センサ、２はＡ／Ｄコンバ
ータ、３は初期補正部、４は角度変換部、５は単
位ベクトル発生部、６は速度センサ、７は積算
器、８は走行軌跡メモリ、９は表示部、１０は事
後補正値入力部、１１は事後補正ベクトル発生
部、１２は軌跡データ事後補正部を夫々表わす。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 地磁気方位を検出して移動体の走行方向情報
   を出力する磁気方位センサと移動体の走行距離情
   報を出力する速度センサとをそなえると共に上記
   磁気方位センサと速度センサとの出力にもとづい
   て演算される走行軌跡情報が格納される走行軌跡
   メモリをそなえ、該走行軌跡メモリの内容が読出
   されて、道路地図が表示されるデイスプレイ上に
   当該道路地図に対応づけられて移動体の走行軌跡
   を表示するようにしたコース誘導装置において、
   上記磁気方位センサの出力に対して微小オフセツ
   ト補正を行なうための微小オフセツト値を入力す
   る事後補正値入力部と、該事後補正値入力部から
   入力される微小オフセツト値にもとづいて上記走
   行軌跡メモリに格納されている走行軌跡情報に対
   する微小オフセツト補正を行なう軌跡データ事後
   補正部と、上記事後補正値入力部から入力される
   微小オフセツト値にもとづいて上記磁気方位セン
   サの出力に対して微小オフセツト補正を行なつて
   上記走行軌跡メモリに出力する事後補正ベクトル
   発生部とをそなえ、上記微小オフセツト補正によ
   つて得られた走行軌跡情報によつて上記デイスプ
   レイ上に表示される走行軌跡を上記道路地図に対
   比せしめることによつて、所望する走行軌跡が得
   られるように上記事後補正値入力部において入力
   される微小オフセツト値を調整するように構成さ
   れていることを特徴とするコース誘導装置。