JPH02194313A - 車両用方位計 - 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、地磁気方位センサの出力値で示される座標へ
該センサの出力円中心座標から向う方向を、車両の走行
方位として検出する車両用方位計に関する。

（従来技術） 地磁気方位センサを用いて車両の走行方位を検出する装
置としては、特開昭５９−１００８１２号公報に示され
るものが知られている。

この方位計は一対の巻線が水平姿勢で直交されており、
それら巻線では鎖交地磁気に応じた地磁気成分検出電圧
（出力値）か各々得られており、均一な地磁気中で車両
が周回走行されると、それら巻線の検出電圧で示される
座標により座標平面−１−で円（地磁気方位センサの出
力円）が描かれる。

さらに車両の通常走行中には両巻線の検出電圧で示され
る座標へ出力円中心から向う方向が車両の走行方位とし
て求められている。

ここで、車体が着磁すると、出力円の中心座標が移動し
、このため走行方位検出に誤差が生ずる。

そして、この場合には車両の周回走行が行なわれ、その
間に地磁気方位センサの出力値をサンプリングし、セン
サ出力円にでＸ軸、Ｙ軸と交差する４点の出力値か得ら
れた場合、これらサンプリング出力値を平均して出力円
の中心座標が補正されるよう構成されている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上記の如き従来装置にあっては、補正を
行う場所の磁場環境が悪い場合でも、僅か４点のサンプ
リング出力値を用いて平均化処理を行うので、精度良く
中心座標位置を得ることができず、しかも補正に際して
は運転者に１周旋回走行を強いるという問題点があった
。

（発明の目的） この発明は、上記問題点に鑑み、精度良く出力円の中心
座標位置が得られ、しかも補正のために１周旋回走行を
しなくて済む車両用方位＝１を提供することを目ｎ？］
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、本発明に係る車両用方位計
は第１図のように構成されている。

この車両用方位計は、地磁気方位センサ］によって地磁
気成分を水平面上で互いに直交する２ｈ゛向の成分とし
て検出し、出力円の中心座標位置から上記２方向の地磁
気成分か示す座標位置へ向かう方向に基づいて車両の走
行方位が求められるようなされている。

そして、センサ出力値記憶手段ａでは、地磁気方位セン
サ］から出力される出力値が逐次記憶されている。

初期仮想中心値演算手段すでは、上記センサ出力値記憶
手段ａによって記憶された複数の出力値から算術平均に
より上記出力円の中心座標位置の初期仮想値が演算され
ている。

初期仮想半径設定手段Ｃでは、地磁気の平均強度に基づ
き出力円の半径の初期仮想値が設定されている。

初期仮想半径限定手段ｄでは、−ト記初期仮想半径設定
手段Ｃにより設定された初期仮想半径が現実の地磁気強
度の範囲内のものに限定されている。

修正量演算手段ｅでは、上記初期仮想中心値演算手段す
によって演算された初期仮想中心値および初期仮想半径
限定手段ｄによって限定された初期仮想半径が、地磁気
方位センサ１の出力値から近似される出力円の式を規定
するものとなるようにそれぞれの初期仮想値の修正量が
演算されている。

仮想値修正手段ｆでは、上記修正量演算手段Ｃによって
演算された修正量たけそれぞれの初期仮想値が修正され
、該初期仮想値を地磁気方位センサーの出力値から近似
される出力円の中心座標位置および半径に収束させてい
る。

（作用） この発明では、出力円の初期仮想中心値および初期仮想
半径を設定し、これら初期仮想値が地磁気方位センサの
出力値から近似される出力円の式を規定するものとなる
よう演算処理することにより、出力円の中心座標位置が
補正されている。

また、上記演算処理にあたって使用される仮想半径は、
常に現実の地磁気強度の範囲内のものに限定して使用さ
れている。

（実施例の説明） 以下、図面に基づいて本発明に係る車両用方位計の好適
な実施例を説明する。

第２図には本発明が適用されたナビゲーションシステム
の基本構成が示されており、同図において地磁気方位セ
ンサーでは地磁気成分が水平面上における直交２方向成
分に分解され、各方向の地磁気成分が座標を示す電気信
号として出力されている。

２は上記地磁気方位センサ１の出力を検出しデジタル信
号に変換する出ノｊ処理回路、３は上記地磁気方位セン
サ１の出力信号から方位を算出する方位算出部、４は本
発明の特徴的部分である車体着磁補正回路でマイクロコ
ンピュータを中心として構成されている。

次に、第３図には地磁気方位センサ１が示されておす、
環状のパーマロイコア６には、互いに直交する巻線７Ｘ
、７Ｙが設けられている。

そしてそのパーマロイコア６には巻線８が巻回されてお
り、巻線８は第４図のようにパーマロイコア６が飽和す
る直前まで励磁電源９により通電されている。

以−にの地磁気方位センサ１が無磁界中に置かれると、
パーマロイコア６の部位Ｓ１１部位Ｓ２を各々通る磁束
Φ１．Φ２は第５図のように大きさが同じで方向が反対
となる。

したがって、巻線７Ｘに鎖交する磁束が零とも零となり
、同様に巻線７Ｙの検出電圧ｖｙも零となる。

さらにこの地磁気方位センサーへ第３図のように地磁気
Ｈｅが巻線７Ｘに対し直角に加わると、パーマロイコア
６内において磁束密度Ｂｅ−μＨｅ（μはパーマロイコ
ア６の透磁率）だけ磁束にバイアスが与えられ、磁束Φ
１．Φ２は第６図のように非対称となる。

したがって、巻線７Ｘには第７図に示される波形の検出
電圧Ｖｘが得られる。

また巻線７Ｙに対して地磁気Ｈｅが平行であるので、そ
の巻線７Ｙに地磁気Ｈｅが交わることはなく、このため
この巻線７Ｙには電圧■ｙが生ずることはない。

この地磁気方位センサーは第８図のように水平姿勢で車
両に搭載されており、例えば同図のように地磁気Ｈｅが
その巻線７Ｘ、７Ｙに交わり、その結果、それら巻線７
Ｘ、７Ｙには地磁気Ｈｅに応じた検出電圧Ｖｘ、　Ｖｙ
　（出力値）が各々得られる。

それら検出電圧Ｖｘ、Ｖｙは、値Ｋを巻線定数、値Ｂを
地磁気Ｈｅの水平分力とすれば、次の第（１）式、第（
２）式で各々示される。

Ｖ　ｘ　＝　Ｋ　Ｂ　ｃｏｓθ　　　　　　　　　　（
１）Ｖｙ＝ＫＢｓｉｎθ　　　　　　　　　　（２）し
たがって、第８図のように車両の幅方向を基準とすれば
、その走行方向を示す角度θは、θ＝ｊａｎ　’　　（
Ｖｘ／Ｖｙ）　　　　　　　　（３）で示される。

そして」二記第（１）式および第（２）式から理解され
るように、均一な地磁気Ｈｅ中で車両が周回走行される
と、巻線７Ｘ、７Ｙの検出電圧Ｖｘ。

Ｖｙで示される座標により第９図のようにＸ−Ｙ平面座
標上で円（地磁気方位センサーの出力円）が描かれ、そ
の出力円は次式で示される。

Ｖｘ２＋Ｖｙ”　＝　（ＫＢ）　２　　　　　　（４）
このように巻線７Ｘ、７Ｙの検出電圧Ｖｘ、　Ｖｙで定
まる座標が出力円上に存在するので、方位検出部３では
その座標点（出力点）へ出力円の中心Ｏから向う方向が
車両の走行方位として検出される。

ここで、その車両の車体が着磁して例えば第１０図のよ
うに地磁気Ｈｅとともにその着磁による磁界Ｇが巻線７
Ｘ、７Ｙに鎖交すると、第１１図のように破線位置から
実線位置へ出力円が移動する。

その結果、方位検出部３で行なわれる車両の走行方位検
出に誤差が生じることになる。

以下、第１２図のフローチャートを参照しながら、本実
施例の特徴的部分である車体着磁補正回路４の処理手順
について詳述する。

プログラムがスタートされると、地磁気方位センサ１か
ら所定個のデータを収集するための基準収集定数Ｎ、お
よび後述する出力円の中心座標位置補正に際しての収束
判定定数となるεＸ、εｙ。

εｒが設定される（ステップ１００）。

こうして、車体着磁補正に際して必要な一定の定数が設
定されると、地磁気方位センサ１の収集データ個数カウ
ンタｉが０にリセットされ（ステップ１０２）　以後地
磁気方位センサ１の出力値が逐次記憶されることになる
（ステップ１０４）。

ぞして、ステップ１０６では、地磁気方位センサ１が出
力する第１番目の出力電圧Ｖｘ、Ｖｙは出力値（Ｘ　（
ｉ）　、　Ｙ　（ｉ）　）として収集され、記憶される
。

Ｌ記の如くして地磁気方位センサ１の所定数の出力値が
収集されると、次にこれが定数Ｎを越えたか否か判断さ
れる（ステップ１０８）。ここで収集された出力値がＮ
を越えていなければ（ステップ１０８でＮＯ）、さらに
収集するとともに、Ｎを越えていれば（ステップ１０８
でＹＥＳ）、ステップ１１０に進み、上記収集データに
基づいて、まず次式で示される出力円の中心座標位置が
初期仮想値（これを初期仮想中心値という）　　（Ｘｏ
、ｙｏ：ｌとして算出されることになる。

Ｘｏ−ΣＸ　　（１（）　／　ｉ　　　　　　　　　　
　　（５）に−１ Ｙｏ−ΣＹ　（ｋ）／ｉ　　　　　　　　　　　（６）
−Ｊ 一方、こうして初期仮想中心値が得られると、次に、出
力円の半径の初期仮想値（これを初期仮想半径という）
Ｒｏが設定される（ステップ１１２）。

なお、この例では、初期仮想半径Ｒｏは、平均的な地磁
気強度である３００ｍＧ（ミリガウス）相当の大きさで
設定される。

こうして、初期仮想中心値（Ｘ、ｏ　、　Ｙｏ　）およ
び初期仮想半径Ｒ６が得られると、これらの初期仮想値
を用いて、以下に述べる演算手法により出力円の中心座
標値の補正処理が行われるが、この補正処理にあたって
は、上記２つの初期仮想値のうち初期仮想半径Ｒｏは、
次式の如く変換されて使用される（ステップ１１４）。

Ｒｏ＝Ｒｍ＋ｋＸｓｉｎ　　（ｒ）　　　　　　　（７
）ここで、Ｒｍは地磁気強度の取り得る値の中間値、ｒ
は変数、ｋはこの中間値Ｒｍと地磁気強度の最大値（最
小値でもよい）との差である。初期仮想半径Ｒ６を（７
）式の如く制限角きの変数すなわち、 Ｒｍ　−に≦Ｒｏ≦Ｒｍ＋ｋ　　　　　　　　（８）に
変換するのは、Ｒｏを現実に取り得る範囲内のものに限
定することにより以後に行われる演算処理を効率的にし
かも精度よく行なうためである。

なお、上記の場合では、Ｒｍとｋの値は予め設定してお
くことができるが、地磁気方位センサ］のセンサ出力値
を常にモニターし、その地域での平均地磁気強度を参照
しつつ決定する方法も考えられる。この場合、地磁気強
度平均値をＲｍとし、モニタされた地磁気強度の最大値
または最小値とＲｍとの差の大きい方をｋとすることが
できる。

以下、最小２乗法の演算手法による中心座標値の補正処
理が行われるが、この処理にあたっては、まず初期仮想
中心値（Ｘｏ、Ｙｏ）と地磁気方位センサ１の出力値（
Ｘ　（ｉ）、Ｙ　（ｉ）ｌで示される座標上の距離と、
初期仮想半径Ｒ６で示される座標上の距離との差の二乗
の和が算出される。

すなわち、初期仮想中心値で示される座標（Ｘｏ、Ｙｏ
）と、地磁気方位センサ］−の出力値で示される座標（
Ｘ　（ｉ）　、　Ｙ　（ｉ）　）との距離Ｒｉは次式で
得られる。

Ｒ１＝　［（Ｘ（ｉ）　Ｘｏ　）　２ （Ｙ（ｊ）−Ｙ　。）　２　コ　１／２従って、初期仮
想中心値（Ｘｏ、Ｙｏ）と地磁気方位センサ１．の出力
値で示される距離Ｒｉと、初期仮想半径Ｒ６で示される
距離の差の二乗の和（以下、二乗和という）Ｊは次式で
得られることになる。

Ｊ−Σ［ｆ　（Ｘ（ｋ）−Ｘｏ　）　２そして、本実施
例では、上記二乗和Ｊを最小にする仮想中心値を得るこ
とによって出力円の着磁コ−４ 補正をするという最小二乗法の演算手法を基本に［、て
、以後の演算処理かなされている。

ところで、士、記（１０）式において、二乗和Ｊを最小
にするということは、二乗和Ｊを最小にするＸＤ、ＹＯ
，ｒ　（ＲＯは（７）式により変数ｒに依存する関数に
変換されている）を求めることこ□ＪＥＴ；盲４−る。

ぞｌ、て、この場合、次式（１１，）、　　（１，２）
。

（１３）で示される二乗和ＪのＸ。、Ｙｏ、ｒに関する
導関数が［ｉｌとなることが必要条件となる。

すなわち、 （Ｘｉ　　Ｘｏ）−〇　　　　　（１１）ｆ３ＥδＪ δｒ −Σ　ｋ、　　（Ｘｉ−Ｘｏ）　　　　＋（Ｙｉ−Ｙｏ
）（Ｒｍ＋ｋｓｉｎ　　（ｒ）　）ｌ　ｅｏｓ　　（ｒ
）　＝０従って、上記（１１）、　　（１２）、　　（
１３）の各式を満足するＸ。、Ｙｏ、ｒを求めれば、そ
のときのＸ。、Ｙｏで示される座標位置が、補正後の地
磁気方位センサ１の中心座標となることになる。

しかし、−」１記（１１）、　　（１２）、　　（１３
）式を満たず方程式の解析前を求めることはできない。

そこで、本実施例では、Ｎｅｗｔｏｎ−Ｒａｐｈｓｏｎ
法を用いて、次式（１４）、　　（１，５）。

（ｉ６）、　　（１７）によりＸＯ，ＹＯ，ｒの修正量
り、１．ｍを求めることにする（ステップ１，１６）。

σＺ とする。

すなわち、ＸＯ，ＹＯ，ｒの数値解を求めることは−１
−―記（１．、４）、　　（１５）、　　（１６）、　
　（１７）の各式を満たす修正量り、１．ｍを求めるこ
とに収束する。

そして、本実施例では、上記修正量り、ｌ、ｍが所定値
以下となった場合のＸ。、Ｙｏが地磁気方位センサ１の
出力円の中心・となることになる。

すなわち、上記修正量り、１．ｍの値が、ステップ１０
０で設定された収束判定定数εＸ、εｙ。

εｒと比較され、全ての値が上記定数より小さい場合（
ステップ１１８，１２０，１２２でいずれもＹＥＳ）、
そのときのＸｏ、Ｙｏの値を、出力円の中心座標とする
ものであり、これにより上記車体着磁補正回路４の処理
は終了されることになる。

一方、上記修正量が１つでも収束判定定数より大きい場
合（ステップ１１８，１．２０，１２２のいずれかでＮ
Ｏ）　、ＸＯ，ＹＯ，ｒに１−記修正量り、ｍｌをそれ
ぞれ加え（ステップ１２４）、これを新しい仮想中心値
および仮想半径とし、再びステップ１１６に戻ることに
なる。

そして、以下所定の修正量が得られるまでステツブ１１
６〜１２４の処理が繰り返されることになる。

上記の如く、本実施例にあっては、最小二乗法の演算手
法を取り入れ、地磁気方位センサ１の出力円が本来真円
を描くことを前提とし、仮想中心値およびセンサ出力値
で示される座標−にの距離と仮想半径との差の累乗和を
最小にずべく演算処理することにより、出力円の中心座
標を補正するようなされている。

このため、磁場環境の悪化により、出力円が大きく歪ん
だ場合においても、精度良く出力円の中心座標を補正す
ることができることになる。

また、センサ出力値が、出力円の全周に亘って得られな
くとも、出力値が真円を描くよう繰り返し演算処理かな
されるので、精度良く出力円の中心座標を補正できるこ
とになる。

一方、この種の演算処理により得られる収束値は、計算
の性質」１最小値ではなく極小値であるので、初期仮想
値の与え方や入力されるセンサ出力値によっては、時と
して現実の地磁気強度値とは掛は離れた値に収束するこ
とがある。しかし、この実施例ではトー記演算処理に供
される仮想半径は、現実の地磁気強度の範囲内のものに
限定されるよう、予め一定の変換式に変換されて使用さ
れている。このため、収束された出力円半径は常に現実
の地磁気強度を反映した値となり、常に精度のよい中心
値補正ができることになる。

（発明の効果） 本発明に係わる車両用方位計は、１−記の如く、車両走
行中地磁気方位センサから出力される出力値を記憶し、
この記憶された出力値の所定個から出力円の中心座標位
置の初期仮想値を算出するとともにさらに出力円半径の
初期仮想値を算出し、これら初期仮想値が地磁気方位セ
ンサ出力値から近似される出力円の式を規定するものと
なるよう演算処理することによって出力円の中心座標位
置を補正するようなされている。

また、」１記補正処理に使用される初期仮想値としての
出力円半径は、いったん現実の地磁気強度を反映するも
のに変換されて使用されている。

このため、常に現実の地磁気強度を反映した精度の良い
中心値補正ができるとともに、補正のために１周旋回走
行をしなくて良い等の効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図はクレーム対応図、第２図は本発明のシステム構
成を示すブロック図、第３図は地磁気方位センサの構成
説明図、第４図は地磁気方位センサの励磁特性説明図、
第５図は無磁界中における地磁気方位センサのパーマロ
イコアでの磁束変化を示す特性図、第６図は地磁気方位
センサの検出作用説明図、第７図は地磁気方位センサの
検出電圧特性図、第８図は車両走行方位の説明図、第９
図は出力円説明図、第１０図は地磁気方位センサに地磁
気以外の磁界が加わった状態を示す説明図、第１１図は
車体着磁による出力円の移動を示す説明図、第１．２図
は本発明の処理手順を示すフローヂャートである。 １・・・地磁気力位センサ ６・・パーマロイコア ７Ｘ、　　７Ｙ・・・巻線 ８・・・巻線（励磁用） ９・・・励磁電源 特許出願人　　　　　　日産自動車株式会社代　理　人
　弁理士　　和　１）成　則第 図 第 図 ｅ 第 図 第１０ 図 第 ２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．地磁気方位センサによって地磁気成分を水平面上で
   互いに直交する２方向の成分として検出し、出力円の中
   心座標位置から上記２方向の地磁気成分が示す座標位置
   へ向かう方向に基づいて車両の走行方位を求める車両用
   方位計において、地磁気方位センサから出力される出力
   値を逐次記憶するセンサ出力値記憶手段と、 上記センサ出力値記憶手段によって記憶された複数の出
   力値から算術平均により上記出力円の中心座標位置の初
   期仮想値を演算する初期仮想中心値演算手段と、 地磁気の平均強度に基づき出力円の半径の初期仮想値を
   設定する初期仮想半径設定手段と、上記初期仮想半径設
   定手段により設定された初期仮想半径を現実の地磁気強
   度の範囲内のものに限定する初期仮想半径限定手段と、 上記初期仮想中心値演算手段によって演算された初期仮
   想中心値および初期仮想半径限定手段によって限定され
   た初期仮想半径が、地磁気方位センサの出力値から近似
   される出力円の式を規定するものとなるようにそれぞれ
   の初期仮想値の修正量を演算する修正量演算手段と、 上記修正量演算手段によって演算された修正量だけそれ
   ぞれの初期仮想値を修正し、該初期仮想値を地磁気方位
   センサの出力値から近似される出力円の中心座標位置お
   よび半径に収束させる仮想値修正手段と、 を有することを特徴とする車両用方位計。