JPH02184718A - 自動車の進行方向検出装置 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、自動車が進行する方向を検出する自動車の進
行方向検出装置に関し、特に目的地への進行方向を指示
するナビゲーションシステムなどに好適に実施される。

従来の技術 現在地から目的地までの経路を誘導するナビゲーション
システムにあっては、自動車の走行距離と進行方向とを
検出することが必要である。自動車の走行距離は、車輪
の回転数を検出することによって比較的容易に測定する
ことができるが、自動車の進行方向は自動車を誘導する
ために用いられる地図との関係から磁北を基準として、
自動車の進行方向を決定する必要がある。

そこで、従来から進行方向の変化を検出する手段として
ジャイロスコープによるもの、あるいは地磁気を検出す
るものなどがある。ジャイロスコープは高い検出精度を
有するが、価格が比較的高いという問題点を有している
。これに対し、地磁気を検出することにより、自動車の
進行方向を決定する磁気式は価格的に比較的廉価であり
、広く使用されている。

第８図は地磁気を検出する地磁気センサによって自動車
の進行方向を決定する従来の進行方向検出装置のブロッ
ク図である。地磁気センサ８１は車体に固定され、互い
に直角方向の磁界の強さを検出する。地磁気センサ８１
から出力される各検出信号は、低域通過フィルタ８２．
８３によってノイズ成分が除去され、処理回路８４にお
いて地磁気センサ８１の磁北に対する偏位角、すなわち
自動車の進行方向が算出される。

発明が解決しようとする課題 上述した地磁気を検出して自動車の進行方向を決定する
装置においては、地磁気の磁界が正常に分布している状
況下では、比較的自動車の進行方向を正確に決定するこ
とができる。

しかしながら、地磁気が磁性体などの存在によって乱れ
ている場合、その乱れが地磁気センサの出力に現れ、自
動車の進行方向を決定する演算において誤差を生じさせ
る要因となる。

第９図は従来の進行方向検出装置の問題点を説明するた
めの図で、第９図（１）は自動車の走行状況を説明する
斜視図であり、第９図（２）は自動車の走行位置に対す
る地磁気センサの出力信号波形を示す波形図である。磁
界の方向は鉄などの磁性体の存在によって変化するので
、第９図く１）の斜視図で示されるように、磁性体が使
用されている建！ｔｈ９１ａ、９１ｂあるいは電柱９２
ａ、９２ｂの近傍においては、磁界の方向が変化してい
る。このような地磁気の乱れている空間中を自動車９３
が路面９４上を矢符９５方向に進行すると、地磁気セン
サの出力はその地磁気の乱れを検出し、検出信号に現れ
る。

すなわち、第９［！１（２）の検出信号波形が示すよう
に、自動車の進行方向の地磁気成分の検出信号を示すラ
インム、および進行方向に対し直角方向の地磁気成分の
センサ出力を示すラインｌ、に検出信号波形の乱れが生
じる。低域通過フィルタ８２．８３はノイズ成分を除去
するために設けられているが、センサ出力に重畳するノ
イズの周波数成分は自動車の速度、すなわち自動車の走
行距離に対する関数となるので、従来のＬＣフィルタに
よって構成される低域通過フィルタ８２．８３のように
最大通過周波数が固定されていると、上述のノイズを除
去することが困難である。

このように、建物等による外部磁界の乱れに起因するノ
イズの重畳したセンナ出力に基づいて自動車の進行方向
を演算すると、誤差が生じる結果となる。

そこで本発明の目的は、センナ出力に重畳する地磁気の
乱れに起因するノイズを有効に除去することのできる低
域通過フィルタを有する自動車の進行方向検出装置を提
供することにある。

課題を解決するための手段 本発明は、自動車の走行距離を検出する距離検出手段と
、 自動車の進行方向に対し予め定める角度方向の地磁気の
強さと前記角度に対し直角方向の地磁気の強さとを検出
する自動車に固定された磁気検出手段と、 前記距離検出手段の出力に応答し、自動車が予め定める
距離を走行する前後における自動車の進行方向の変化し
た角度を検出する角度検出手段と前記磁気検出手段の検
出信号が入力され、前記角度検出手段によって検出され
た角度が大きくなるに従い最大通過周波数が高く設定さ
れる低域通過フィルタと、 前記低域通過フィルタの出力信号から自動車の進行方向
と磁北とのなす方位角を算出する方位角演算手段とから
なることを特徴とする自動車の進行方向検出装置である
。

作　　用 本発明において、距離検出手段は自動車が走行した距離
を検出し、磁気検出手段は自動車に固定されており、自
動車の進行方向に対し予め定める角度方向の地磁気の強
さと、その角度に対し直角となる方向の地磁気の強さを
それぞれ検出する。

角度検出手段は、距離検出手段の出力から、自動車が予
め定める距離を走行すると、その距離を走行する前後で
変化した自動車の進行方向の角度を検出する。磁気検出
手段の検出信号は低域通過フィルタに入力され、検出信
号中に重畳されているノイズ成分が除去される。この低
域通過フィルタで通過することのできる検出信号の最大
周波数は、角度検出手段によって検出された角度に応じ
て定められ、その角度が大きくなるに従って最大通過周
波数が高く設定される。そして方位角演算手段は、低域
通過フィルタから出力された信号に基づいて自動車の進
行方向と磁北とのなす角度である方位角を算出する。

実施例 第１図は本発明の一実施例である自動車の進行方向検出
装置のブロック図である。処理回路１は地磁気センサ２
、車輪速センサ３．４の検出信号に基づき、自動車の進
行方向である方位角を算出し、表示装置５にその方位角
を表示する。右車輪速センサ３および左車輸速センサ４
は、車軸に固定された円周が鋸歯状の検出板の回転を光
ピツクアップまたは磁気ピックアップによって、車輪の
回転速度に比例する車輪速信号として導出し、波形整形
回路１１．１２へ出力する。ノイズ成分が除去され、か
つ信号波形の整形された検出信号は、カウンタ１３，１
４に送出され、各車輪の回転数が計数される。

演算回路１５は、カウンタ１３，１４において計数され
たカウント値から自動車の走行距離および自動車の進行
方向の変化を算出する。この算出された自動車の走行距
離から、自動車が予め定める距離を走行する毎に、信号
ラインｓ１１を介して、サンプリング信号がサンプルホ
ールド回路１６．１７へ送出される。サンプルホールド
回路１６．１７は地磁気センサ２から出力される検出信
号を一時的に保持し、Ａ／Ｄ変換回路１８．１９によっ
てアナログ信号からデジタル信号に変換された検出信号
は、演算回路１５に送出される。演算回路１５は地磁気
センサ２によって検出された検出値、車輪速センサ３．
４から算出された自動車の走行距離、および進行方向の
変化した角度に基づいて、自動車の進行方向と磁北との
なす角度（以下「方位角」という、）を算出し、表示装
置５にその方位角が表示される。

地磁気センサ２は、たとえばフラックスゲート方式の磁
気センサで、第３図に示すように励磁コイル２１がドー
ナツ状のコア２２に巻回されている。このコア２２には
、さらに検出コイル２３゜２４が互いに直角となるよう
にコア２２上に巻回される。検出コイル２３．２４の自
動車６に対する取付方向は、第２図に示すように検出コ
イル２３が自動車６の前後方向に直角になるように設け
られ、また検出コイル２４は自動車６の前後方向と同一
の方向になるように設けられる。

第３図に戻り、発振回路２５から出力された数に〜数百
ｋＨｚの励磁信号が励磁コイル２１に与えられ、コア２
２の中心軸方向に交番磁界を発生させる。この交番磁界
によって検出コイル２３゜２４に電圧が誘導され、その
電圧は電圧検出回路２６．２７によって検出信号に変換
した後、前記処理回路１のサンプルホールド回路１６．
１７に出力される。

地磁気センサ２に外部磁界である地磁気が存在すると、
その地磁気の互いに直角方向の成分磁界がそれぞれ励磁
コイル２１によって発生する磁界に重畳される。したが
って、電圧検出回路２６゜２７からは、その重畳された
磁界の強さに比例する検出信号■、。ｒ　Ｖ　Ｆ　Ｏが
出力される。この検出電圧■、。、■２゜と地磁気との
関係は第４図に示すとおりとなる。

自動車６が矢符６ａの方向に進行しているとし、地磁気
ベクトルを■、とすると、地磁気ベクトルれに直角の方
向の成分ベクトル■、。とは第４図に示すとおりとなる
。そして成分ベクトルｖ１゜と成分ベクトル■２゜のそ
れぞれの絶対値は、電圧検出回路２６．２７の出力電圧
である検出電圧Ｖ８゜。

■、。に等しくなる。したがって、自動車６の進行方向
６ａは第１式により算出される方位角θ。によって求め
ることができる。

■、。

θｏ−ａｒｃＬａｎ−−−−（１） ｖつ。

次に、自動車の方位角を算出する演算回路１５の処理に
ついて説明する。第５図は演算回路１５における演算を
説明するための機能ブロック図である。前記車輪速セン
サ３，４によって検出された車輪速信号の各パルスは、
カウンタ１３，１４によって計数される。サンプリング
タイム演算手段１５１はカウンタ１３，１４の計数値に
基づいて、自動車６の走行距離が予め定める距離を走行
する度に、地磁気センサ２の検出信号をサンプルホール
ド回路１６．１７において一時的に保持するための前記
サンプリング信号を発生する。

カウンタ１３，１４で計数されたカウント値は、回転角
演算手段１５２にも入力され、自動車６が前記予め定め
る距離を走行したときの自動車の進行方向の角度変化量
（以下「回転角」という、）を算出する。ここで、カウ
ンタ１３，１４の計数値に基づいて自動車の走行距離お
よび回転角を算出する原理を第６図を用いて説明する。

自動車６の右後輪３ａ、左後輪４ａが進行し、それぞれ
参照符３ｂ、４ｂの位置に達したとする。

自動車の走行距離は自動車の中心が移動した距離と考え
られるので、距離Δｌが自動車６の走行距離となる。ま
た、自動車６の進行方向の変化は、左右後輪を結ぶ線の
回転角Δθに等しくなる。したがって、自動車の走行距
離Δｌは右後輪３ａが実際に走行した距離Δ１８と左後
輪４ａが実際に走行した距離Δれとから第２式によって
算出される。

また、回転角Δθについては、右後輪３ａの走行半径を
Ｒ１、左後輪４ａの走行半径をＲ２とすると、右後輪３
ａと左後輪４ａとの走行距離は、それぞれ第３式および
第４式から算出される。

Ｒ１・Δθ；Δ６　　　　　　　　　　　　・・・（３
）Ｒ２・Δθ＝Δム　　　　　　　　　　　　・・・（
４）第４式の両辺から第３式の両辺を引くと第５式が得
られる。

（Ｒ２−Ｒ１）・Δθ＝ΔＩＬ−Δム　　　　　　・・
・（５）（Ｒ２−Ｒ１”）は両車軸の幅、すなわちトレ
ッド幅であり、その距離をＴとすると、結局回転角Δθ
は第６式から算出される。

以上のようにサンプリングタイム演算手段１５１は第２
式の演算を行い、予め定める走行距離に達するとサンプ
リング信号を発生するとともに、回転角演算手段１５２
は第６式から回転角Δθを算出する。

回転角演算手段１５２によって算出された回転角Δθは
係数演算手段１５１へ転送され、低域通過フィルタ１５
４，１５５において通過できる最大周波数を決定する。

すなわち、自動車の単位走行距離当たりの回転角が大き
くなるにつれて、地磁気センサ２の検出信号の周波数成
分が高くなるので、低域通過フィルタ１５４，１５５は
通過できる最大周波数を高く設定する０本実施例におい
ては、低域通過フィルタ１５４，１５５の最大周波数を
決定する係数にはａを定数とすると第７式によって算出
される。

係数演算手段１５３によって算出された係数ｋによって
、低域通過フィルタ１５４，１５５の通過できる最大周
波数が決定されると、Ａ／Ｄ変換回路１８．１９によっ
て変換されたデジタル信号は、ノイズ成分が除去され方
位角演算手段１５６に転送される。方位角演算手段１５
６は、低域通過フィルタ１５４．１５５の出力Ｖ、、Ｖ
、Ｃ，：基づいて第８式により方位角θを算出し、表示
装置５においてその方位角を表示する。

次に、低域通過フィルタの処理について説明する。以下
、低域通過フィルタ１５４について説明するが、低域通
過フィルタ１５５も同様の構成であるので省略する。第
７図は、低域通過フィルタ１５４の動作を説明するため
のブロック図である。

第７図に示す低域通過フィルタ１５４は、−巡回形低域
通過デジタルフィルタの構成を示す、前記Ａ／Ｄ変換回
路１８からは、サンプリングタイム毎にデジタル変換さ
れた地磁気センサ２の検出電圧■８゜（ｎ）が出力され
る。この検出電圧■、。（ｎ）には、乗算手段１５４ａ
において係数演算手段１５３から転送された係数ｋによ
って設定された乗数（１−ｋ）が掛けられ、加算手段１
５４ｂの一方の入力へ転送される。加算手ｆｉ１５４ｂ
の他方の入力には、加算手段１５４ｂの出力値の前回の
出力値Ｖ、（ｎ−１＞に係数にの乗じられた値が入力さ
れる。すなわち、遅延手段１５４Ｃの出力は低域通過フ
ィルタ１５４の前回の出力値である■つ（ｎ−１＞であ
り、その出力値が乗算手段１５４ｄで係数ｋが乗じられ
、加算手段１５４ｂへ入力される。したがって、低域通
過フィルタ１５４の入力値■８゜（ｎ）と出力値Ｖ、（
ｎ）との間には、第９式の関係が成立する。同様に、低
域通過フィルタ１５５の入出力値も第１０式の関係が成
立する。

Ｖ、（ｎ）＝（１−ｋ）・Ｖ、、（ｎ）＋に−Ｖ、（ｎ
−１）　　・（９）Ｖ、（ｎ）＝（１−ｋ）・Ｖ、ｏ（
ｎ）＋に−Ｖ、（ｎ−１）　　＝・（１０）このように
、低域通過フィルタ１５４，１５５における係数ｋを変
更することによって、通過することのできる最大周波数
を変えることができる。

以上説明したように１本実施′例は地磁気センサ２の検
出信号を予め定める走行距離毎にサンプリングし、さら
に低域通過フィルタ１５４，１５５の最大通過周波数を
自動車の回転角に依存して決定するので、外部磁界の乱
れに起因するノイズを自動車の走行速度に依存すること
なく、有効に除去することができる。

なお本実施例においては、低域通過フィルタ１５４．１
５５は一巡回形デジタルフィルタによって構成されてい
るが、これに限られるものではなく、他の構成、たとえ
ば非巡回形のデジタルフィルタであってもよい。

発明の効果 以上のように本発明に従えば、自動車がほぼ直進してい
る場合は低域通過フィルタの最大通過周波数が低くなり
、また自動車が回転している場合は、その回転角に応じ
て低域通過フィルタの最大通過周波数が高い方へ設定さ
れるので、自動車の回転に起因する方位角の変化を確実
に検出することができるとともに外部磁界の乱れに起因
するノイズを有効に除去できる。したがって、外部磁界
に乱れが存在する地域を自動車が走行した場合であって
も、自動車の進行方向を正確に検出することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である自動車の進行方向検出
装置のブロック図、第２図は地磁気センサ２の取付方向
を説明するための図、第３図は地磁気センサ２の構成を
説明するための図、第４図は地磁気センサ２の検出信号
と自動車６の進行方向との関係を説明するためのベクト
ル図、第５図は演算回路１５における演算を説明するた
めの機能ブロック図、第６図は自動車６の走行距離およ
び回転角を算出する原理を説明するための図、第７図は
低域通過フィルタ１５４の動作を説明するためのブロッ
ク図、第８図は地磁気を検出する地磁気センサにより、
自動車の進行方向を決定する従来の進行方向検出装置の
ブロック図、第９図は従来の進行方向検出装置の問題点
を説明するための図である。 １・・・処理回路、２・・・地磁気センサ、３・・・右
車輸速センサ、４・・・左車輪速センサ、１５２・・・
回転角演算手段、１５３・・・係数演算手段、１５４．
１５５・・・低域通過フィルタ、１５６・・・方位角演
算手段代理人　　弁理士　西教　圭一部 第 図 冒−１，／ 第 図 第 図 第 図 第 工

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 自動車の走行距離を検出する距離検出手段と、自動車の
   進行方向に対し予め定める角度方向の地磁気の強さと前
   記角度に対し直角方向の地磁気の強さとを検出する自動
   車に固定された磁気検出手段と、 前記距離検出手段の出力に応答し、自動車が予め定める
   距離を走行する前後における自動車の進行方向の変化し
   た角度を検出する角度検出手段と、前記磁気検出手段の
   検出信号が入力され、前記角度検出手段によつて検出さ
   れた角度が大きくなるに従い最大通過周波数が高く設定
   される低域通過フイルタと、 前記低域通過フイルタの出力信号から自動車の進行方向
   と磁北とのなす方位角を算出する方位角演算手段とから
   なることを特徴とする自動車の進行方向検出装置。