JPH0599675A - 地磁気方位センサの着磁補正方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 車両の着磁状態の変化により移動する地磁気
方位センサの出力円の中心座標を精度良く算出する。 【構成】 車両の進行方位Ａｃから地磁気出力円上に予
想地磁気出力Ｐを求める。点Ｐを中心として車両の前後
方向に加わる磁界の方向（予想着磁方向Ａｍ）に長くそ
れと垂直な方向に短い地磁気出力の許容範囲を設定し、
地磁気出力Ｍが許容範囲外のときにはそのデータを削除
して許容範囲内のデータだけで中心座標を算出する。ま
た許容範囲内のときには地磁気出力Ｍの点Ｐを基準とし
たときのＡｍ方向の誤差量を求めて着磁状態の変化を判
定し、着磁後のデータだけで中心座標を算出する。さら
に記憶された全データのＡｍ方向への誤差量から着磁補
正の精度を判定して精度が不足する場合は中心座標を修
正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、車両の現在位置を求め
目的地までの経路を誘導案内する車載ナビゲーションシ
ステムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の地磁気方位センサの着磁補正方法
としては、例えば特開昭63−158408号公報に示された地
磁気センサのデータ処理方法がある。従来例では、まず
進行方位から地磁気方位センサの出力円上に予想地磁気
出力を求め、その座標を基準として角度方向と半径方向
に誤差を見込んだ地磁気出力の許容範囲を設定する。そ
して地磁気出力が所定時間連続して許容範囲に入らない
ときに、地磁気出力と進行方位を用いて地磁気出力円の
中心座標を補正していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな構成では、地磁気出力が許容範囲外になった原因が
高架道路や橋梁のような磁気的な外乱によるものかそれ
とも車両の着磁状態の変化によるものかが分離できない
ため、磁気的な外乱によって許容範囲外になった地磁気
出力を基準として地磁気出力円の中心座標を補正したと
き中心座標の較正精度か上がらないという課題を有して
いた。

【０００４】本発明は上記の課題を解決して、車両の着
磁状態の変化を選別して検出し地磁気方位センサの出力
円の中心座標の算出精度を高精度に保つことを目的とす
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の課題を解
決するため、車両の進行方位から地磁気方位センサの出
力を推定し、推定地磁気出力を中心として車両の左右方
向に加わる磁界方向に短く前後方向に加わる磁界方向に
長い地磁気出力の許容範囲を設定して、地磁気方位セン
サの出力が許容範囲外にあるときには出力を削除する異
常データ除去工程を設けたことを特徴とする。

【０００６】また第二の手段として、車両の進行方位か
ら推定した地磁気出力を基準としたときの車両の前後方
向に加わる磁界方向の地磁気出力の誤差量を算出して、
誤差量が所定の値よりも大きいときは着磁状態が変化し
たと判定する着磁判定工程を設け、着磁状態が変化した
ときには変化した後に求めた地磁気出力だけを用いて地
磁気方位センサの出力円の中心座標を算出する中心座標
算出工程を設けたことを特徴とする。

【０００７】さらに第三の手段として、地磁気方位セン
サの出力と車両の進行方位を組み合わせて記憶し、各々
の記憶データについて同時に記憶された地磁気出力と車
両の進行方位から地磁気出力を推定し、各々の推定出力
を基準として車両の前後方向に加わる磁界方向への誤差
量を算出してその平均値を求め、その値が所定の値以下
であるとき地磁気方位センサの出力円の中心座標が精度
良く算出されていると判定する補正精度判定工程を備え
たことを特徴とする。

【０００８】

【作用】第一の手段によれば、車両の前後方向に比べ左
右方向に加わる磁界の方向に短い許容範囲を設定するた
め、特に車両の左右方向に加わる磁界方向にでやすい路
面電車の架線の影響や高架道路の影響による地磁気出力
の乱れを除去することが可能になり、高精度に地磁気方
位センサの出力円の中心座標を算出することが可能とな
る。

【０００９】また第二の手段によれば、進行方位から推
定した地磁気出力を基準として、車両の前後方向に加わ
る磁界の方向への地磁気センサ出力の誤差量を算出す
る。そのため、車両の着磁状態の変化を正確に算出し着
磁状態が変化した後に収集した地磁気方位センサの出力
だけを抽出することが可能となるため、高精度に地磁気
方位センサの出力円の中心座標を算出することが可能に
なる。

【００１０】さらに第三の手段によれば、地磁気出力円
の中心座標算出に用いた個々の地磁気出力について車両
の前後方向に加わる磁界の方向への誤差量を算出し、そ
の誤差量から地磁気出力円の中心座標の算出精度を判定
することが可能になるため、高精度に地磁気方位センサ
の出力円の中心座標を算出することが可能となる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら説明する。

【００１２】図１は、本発明の実施例に共通な方位検出
装置の基本構成を示すものである。図１において、１は
フラックスゲート型の地磁気方位センサであり、地磁気
の水平分力を互いに直交する二方向の成分に分解して検
出する。２は光ジャイロである。これは高精度のレート
センサであり、車両のヨー方向の角速度を検出するよう
に設置してその出力を積算することで車両の旋回角度を
算出する。３１、３２、３３はＡ／Ｄ変換器、４はマイ
クロコンピュータ、５はメモリ、６はＣＲＴ等の出力手
段である。

【００１３】以上のように構成された本発明の第一の実
施例の地磁気方位センサの着磁補正方法について以下に
その動作を説明する。なお第一の実施例の目的は、異常
磁界の影響を排除しながら地磁気方位センサの出力を記
憶して、地磁気出力円の中心座標を精度良く求めること
にある。

【００１４】図３に示すのが、第一の実施例における地
磁気方位センサの着磁補正方法のフローチャートであ
る。なお、本フローチャートに入る前には各変数は初期
化されているものとする。まず、ステップ３０１では地
磁気方位センサと光ジャイロの出力を取得する。実際に
は、地磁気方位センサは地磁気の水平分力の互いに直交
する二成分を磁界の強さに比例する電圧値の形で出力し
ており、また光ジャイロは車両のヨー方向の回転角速度
を角速度に比例する電圧値として出力しているから、所
定の時間間隔で三つの電圧値をＡ／Ｄ変換器によりマイ
クロコンピュータに読み込むことで出力を取得する。地
磁気方位の算出は、車両が一回転したとき地磁気出力が
半径一定の円を描く（以降この円を地磁気方位センサの
出力円と呼ぶ）ことを利用し出力円の中心座標からみた
角度で算出する。このとき出力円の半径は地磁気の水平
分力の大きさを表している。方位は、例えば東方向を０
°として、北が９０°、西が１８０°、南が２７０°と
いうように求めれば良い。また光ジャイロ出力は、マイ
クロコンピュータで取得された電圧値に所定の変換係数
を積算することで旋回角速度に変換できる。次にステッ
プ３０２では車両の進行方位Ａｃを算出する。車両の進
行方位は、初期状態では地磁気出力円の中心座標を一周
旋回等の方法で正確に求めておいて地磁気方位センサか
ら求めた方位に合わせるとか、また適当な初期方位を与
えておけば良い。それ以降は、その段階で求められてい
る進行方位に光ジャイロで求めた旋回角度を加算して求
める。なお、光ジャイロの出力は角速度であるが単位時
間あたりの角速度を積分すれば旋回角度は算出できる。
以上ステップ３０１、３０２が進行方位算出工程に相当
する。

【００１５】次は異常データ除去工程である。その前
に、地磁気方位センサへの磁気的な外乱の傾向を説明す
る。図２のように車体２１に地磁気方位センサ２２を設
置するとし、車両の前後方向（進行方向）に加わる磁界
がＹ軸に、車両の左右方向に加わる磁界がＸ軸に検出さ
れるとする。地磁気方位センサに磁気的な外乱を与える
ものは数々あるが、その原因により外乱の傾向は異な
る。例えば路面電車と並走するような場合、路面電車の
架線に流れる電流により磁界が発生するため地磁気の水
平分力と架線が発生する磁界を加算したものを地磁気方
位センサは検出することになる。しかし、地磁気方位セ
ンサは車体に固定されており、路面電車と並走している
限り道路方位によらず地磁気方位センサの磁界検出コイ
ルと架線の位置関係は変化しない。すなわち架線と地磁
気方位センサの位置関係は一定であるから、この例の場
合架線による磁界の影響は地磁気の水平分力による出力
にＸ軸方向の磁界を加算した形に現れる。また、高架道
路の場合はＸ軸方向の出力が低下する現象として現れ
る。地下鉄の場合もＸ軸方向の出力変化となって現れる
ことが多い。一方踏切を通過する場合には、車両は架線
を垂直に横切るからＹ軸方向に架線による磁界が重畳さ
れることになる。車体の着磁状態の変化は踏切通過時の
強磁界により発生し、かつほぼその強磁界が加わる方向
におこるから、地磁気出力円の中心座標で見れば中心座
標はＹ軸に近い方向に動くことになる。

【００１６】これらの傾向から、地磁気方位センサの二
つの出力を二軸として地磁気出力を平面上で表したと
き、出力平面上で車両の前後方向に磁界が加わったとき
出力が変動する方向と、左右方向に磁界が加わったとき
出力が変動する方向を予め測定しておけば、着磁状態の
変化以外の要因による着磁方向と垂直な方向の磁気的外
乱を受けた地磁気出力は排除可能となる。本発明では、
この傾向を利用して異常データの削除を実施する。

【００１７】まずステップ３０３では車両の進行方位を
用いて進行方位から予想される地磁気出力を算出する。
予想地磁気出力Ｐは地磁気出力円上に位置すると仮定し
て、地磁気出力円の中心座標（Ｃｘ，Ｃｙ）と出力円の
半径Ｒ、進行方位Ａｃから Ｍｘｐ＝ Ｃｘ＋Ｒ× cosＡｃ Ｍｙｐ＝ Ｃｙ＋Ｒ× sinＡｃ と求める。ここで進行方位は光ジャイロの出力から求め
た車両の旋回角を用いて求めているため、求められる予
想地磁気出力は磁気的な外乱を受けていない。次にステ
ップ３０４では許容範囲を設定する。本実施例では、進
行方位から算出される予想地磁気出力Ｐを中心として長
軸が車両の前後方向に加わる磁界によって地磁気出力が
変動する方向（方位はＡｍとし、以後予想着磁方向と呼
ぶ）となるような長方形とする。詳細は図４に示す通り
である。ここで、４１は地磁気方位センサの出力円、４
２は出力円の中心座標、４３は測定された地磁気出力、
４４は進行方位から求められた予想地磁気出力を表して
いる。Ａｍは、上述したように車両と地磁気方位センサ
の組合せが決定された段階で予め特性を測定する等して
適当な値を選択すれば良い。許容範囲の短軸、長軸の一
辺の長さを各々Ｌａ、Ｌｂとすると例えばＬａ＝０．４
Ｒ、Ｌｂ＝３Ｒとすれば良い。ステップ３０５では地磁
気出力Ｍがステップ３０４で設定された長方形の許容領
域内に含まれるかどうかを判断する。この判断は、予想
地磁気出力Ｐを中心として予想着磁方向だけ逆回転（右
回転）した座標系で行えば良い。実際には、 ΔＸ＝（Ｍｘ−Ｍｘｐ）× cosＡｍ＋（Ｍｙ−Ｍｙｐ）× sinＡｍ ΔＹ＝−（Ｍｘ−Ｍｘｐ）× sinＡｍ＋（Ｍｙ−Ｍｙｐ）× cosＡｍ を求め、 abs（ΔＸ）＜Ｌｂ かつ abs（ΔＹ）＜Ｌａ であれば領域内に含まれると判断する。地磁気出力Ｍが
許容範囲内に含まれるときにはステップ３０６に移行
し、含まれないときには地磁気出力Ｍが異常データであ
ると判断して削除しステップ３０１に戻る。以上、ステ
ップ３０３から３０５が異常データ除去工程である。

【００１８】ステップ３０６では異常データではないと
判定された地磁気出力Ｍの出力座標と進行方位を記憶す
る。このステップ３０６が出力値記憶工程に相当する。

【００１９】最後にステップ３０７で地磁気出力円の中
心座標を算出する。本実施例では、まずステップ３０６
で記憶されている各々の地磁気出力と進行方位から中心
座標の候補を算出する。

【００２０】 Ｃｘ'(i)＝Ｍｘ(i) −Ｒ× cosＡｍ(i) Ｃｙ'(i)＝Ｍｙ(i) −Ｒ× sinＡｍ(i) 新しい中心座標はこれらの候補（Ｃｘ'(i)，Ｃｙ'(i)）
の平均値として算出する。中心座標が更新されればステ
ップ３０１に戻り処理を繰り返す。

【００２１】以上のように本実施例によれば、磁気的な
外乱の影響を受けない光ジャイロから求めた車両の旋回
角を用いて進行方位を算出し、その進行方位から予想さ
れる地磁気出力を推定する。そして推定された出力を中
心として予想される着磁方向に長く着磁方向に垂直な方
向に短い長方形の地磁気出力許容範囲を設定している。
そのため、高架道路が続く場合や路面電車と並走する場
合など地磁気の外乱が大きい区間では地磁気出力を異常
とみなしてデータを削除できる。よって偏りを持たない
地磁気データでのみ地磁気出力円の中心座標を算出する
ため、高精度に地磁気出力円の中心座標を保つことが可
能になる。

【００２２】なお、本実施例では光ジャイロの旋回角算
出精度の高さを利用して車両の進行方位を基準方位への
光ジャイロ旋回角の加算で求めたが、より進行方位の精
度を上げるため走行軌跡と地図データの相関をとりなが
ら進行方位を補正しても良い。また、地磁気出力の許容
範囲を進行方位から予想される地磁気出力を中心とし長
軸が予想着磁方向に平行な長方形としたが、これは一辺
の長さを進行方位によって可変としても良いし、長方形
ではなく長軸が予想着磁方向に平行な楕円形としても良
い。

【００２３】次に、本発明の第二の実施例について説明
する。図５は、第二の実施例における地磁気方位センサ
の着磁補正方法のフローチャートである。なお本実施例
の目的は、車体の着磁状態の変化を正確に求めることに
より地磁気出力円の中心座標を精度良く維持することに
ある。

【００２４】ステップ５０１、５０２は第一の実施例の
ステップ３０１、３０２と同等であり、地磁気方位セン
サと光ジャイロの出力を取得して車両の進行方位を算出
する進行方位算出工程に相当する。地磁気出力が取得で
き、かつ進行方位が算出できたならば次のステップ５０
３に移行して地磁気出力Ｍと進行方位Ａｃを記憶する。

【００２５】次のステップ５０４で車両の着磁状態が変
化したかどうかを判定する目安となる投影誤差量ΔＥｐ
を算出する。投影誤差量ΔＥｐの算出方法は図６に示す
通りである。まず、地磁気出力円の中心座標（Ｃｘ，Ｃ
ｙ）と出力円の半径Ｒ、進行方位Ａｃから予想地磁気出
力Ｐを算出する。

【００２６】 Ｍｘｐ＝ Ｃｘ＋Ｒ× cosＡｃ Ｍｙｐ＝ Ｃｙ＋Ｒ× sinＡｃ そして、記憶された地磁気出力Ｍ（Ｍｘ，Ｍｙ）と予想
着磁方向Ａｍから以下のように投影誤差量ΔＥｐを求め
る。

【００２７】 ΔＥｐ＝（Ｍｘ−Ｍｘｐ）× cosＡｍ＋（Ｍｙ−Ｍｙｐ）× sinＡｍ この投影誤差量は、車体の着磁量の変化によって地磁気
出力円の中心座標が移動すると予想される方向への誤差
量を表す。次のステップ５０５でΔＥｐの絶対値が所定
の値Ｃ（例えば０．２Ｒ）よりも大きいかどうかを判定
し、大きいときには着磁状態が変化したとしてステップ
５０６で古い記憶データを削除し、小さいときには着磁
状態は変化しないとしてステップ５０７へ移行する。そ
して、ステップ５０７で記憶されている地磁気出力と進
行方位から中心座標を算出する。算出方法は第一の実施
例のステップ３０７と同様である。新しい中心座標が算
出されたならステップ５０１に戻り処理を繰り返す。な
おステップ５０３と５０６が出力値記憶工程に、ステッ
プ５０４と５０５が着磁判定工程に、またステップ５０
７が中心座標算出工程に相当する。

【００２８】以上のように本実施例によれば、現在求め
られている地磁気出力円の中心座標を基準として、収集
された地磁気出力の予想着磁方向への誤差量の大小で車
両の着磁状態の変化を検出する。そのため着磁状態の変
化を正確に判定することができ、着磁状態が変化した場
合には変化した後に収集した地磁気出力だけを抽出する
ことが可能となるため、精度の高い地磁気方位センサの
出力円中心座標を算出することが可能となる。

【００２９】なお、本実施例によれば一つの地磁気出力
だけで着磁状態の判定を行ったが、これは二つ以上の地
磁気出力を用いて投影誤差量の算出を行い、同様に投影
誤差量が大きいときにのみ着磁状態が変化したと判定す
るようにしても良い。

【００３０】次に、本発明の第三の実施例について説明
する。図７は第三の実施例における地磁気方位センサの
着磁補正方法のフローチャートである。本実施例の目的
は、地磁気出力円の中心座標の算出精度を判定し高精度
に中心座標を維持することにある。

【００３１】ステップ７０１から７０３までは、第二の
実施例のステップ５０１から５０３と同様であり、ステ
ップ７０１、７０２が進行方位算出工程、ステップ７０
３が出力値記憶工程に相当する。次のステップ７０４で
は記憶された地磁気出力と進行方位から地磁気出力円の
中心座標を算出する。これは第一の実施例のステップ３
０７と同様である。

【００３２】次のステップ７０５、７０６では新たに求
められた地磁気出力円の中心座標と記憶データを用い
て、地磁気出力円の中心座標を較正する着磁補正の精度
判定を行う。まずステップ７０５では、記憶されている
全ての地磁気出力と進行方位の組合せから、各々につい
て第二の実施例のステップ５０４と同様の手法で投影誤
差量ΔＥｐ(i)を算出する。そして求められた各々の投
影誤差量からその平均値ΔＥｐ−ａｖｅを算出する。次
のステップ７０６ではその平均値の絶対値と所定の値
（例えば０．１Ｒ）を比較し、投影誤差量の平均値の絶
対値が所定の値よりも小さいならば精度良く中心座標が
算出されているとしてステップ７０１に戻るが、もし所
定の値よりも大きいならばステップ７０７へ移行して中
心座標の修正を行う。中心座標の修正は、ステップ７０
４で求められた地磁気出力円の中心座標（Ｃｘ，Ｃｙ）
とステップ７０５で求められた投影誤差量の平均値ΔＥ
ｐ−ａｖｅを用いて以下のように行う。

【００３３】 Ｃｘ←Ｃｘ＋ΔＥｐ−ａｖｅ× cosＡｍ Ｃｙ←Ｃｙ＋ΔＥｐ−ａｖｅ× sinＡｍ そして中心座標が修正されたらステップ７０１へ戻り処
理を繰り返す。このステップ７０４と７０７が中心座標
算出工程に、またステップ７０５と７０６が補正精度判
定工程に相当する。

【００３４】以上のように第三の実施例によれば、記憶
された地磁気出力とその地磁気出力を収集したときの進
行方位を用いて、各々の地磁気出力の予想着磁方向への
投影誤差量を求め、その平均値で地磁気出力円の中心座
標が精度良く算出されているかどうかを判定する。そし
て、精度が十分でないときは中心座標を修正することが
可能になるため、地磁気出力円の中心座標算出精度を高
精度に保つことが可能になる。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、車
両への地磁気方位センサの取りつけ状態により決まる磁
気的外乱の加わり方と着磁状態の変化による地磁気出力
円の移動方向の相関を用いて車両の着磁状態の変化と磁
気的な外乱を選別し、その上で地磁気方位センサの出力
円の中心座標を自動的に補正するため、中心座標の算出
精度を高精度に保つことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に共通な車両の方位検出装置のブロック
図

【図２】車両と地磁気方位センサの設置関係の説明図

【図３】本発明の第一の手段の地磁気方位センサの着磁
補正方法を説明するフローチャート

【図４】第一の手段における地磁気方位センサ出力の許
容範囲の説明図

【図５】本発明の第二の手段の地磁気方位センサの着磁
補正方法を説明するフローチャート

【図６】第二の手段における地磁気方位センサ出力の投
影誤差量の説明図

【図７】本発明の第三の手段の地磁気方位センサの着磁
補正方法を説明するフローチャート

【符号の説明】

１，２２ 地磁気方位センサ ２ 光ジャイロ ４ マイクロコンピュータ ５ メモリ ６ 出力手段 ２１ 車体 ３１，３２，３３ Ａ／Ｄ変換器 ４１ 地磁気出力円 ４２ 地磁気出力円の中心座標 ４３ 地磁気方位センサの出力値 ４４ 予想地磁気出力 ４５ 地磁気出力の許容範囲

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】地磁気の強さを互いに直交する二方向の成
   分に分解して検出する地磁気方位センサを備え、車両の
   進行方位を検出する方位検出装置において、車両の進行
   方位を算出する進行方位算出工程と、前記進行方位算出
   工程で求められた車両の進行方位から地磁気方位センサ
   の出力を推定し、推定された地磁気出力を中心として地
   磁気出力の許容範囲を設定して前記地磁気方位センサ出
   力が許容範囲外のときには出力を除去する異常データ除
   去工程と、前記異常データ除去工程で地磁気出力の許容
   範囲内に含まれると判定された前記地磁気方位センサ出
   力を記憶する出力値記憶工程と、前記出力値記憶工程に
   記憶された地磁気方位センサ出力から地磁気出力円の中
   心座標を算出する中心座標算出工程を備えたことを特徴
   とする地磁気方位センサの着磁補正方法。
2. 【請求項２】異常データ除去工程の許容範囲は、車両の
   前後方向より左右方向に加わる磁界方向が短い矩形であ
   ることを特徴とする請求項１記載の地磁気方位センサの
   着磁補正方法。
3. 【請求項３】異常データ除去工程の代わりに、車両の進
   行方位から地磁気方位センサの出力を推定し推定地磁気
   出力を基準としたときの車両の前後方向に加わる磁界方
   向への地磁気方位センサ出力の誤差量を算出して誤差量
   の大きさにより車両の着磁状態の変化を判定する着磁判
   定工程を備え、出力値記憶工程は前記着磁判定工程で車
   両の着磁状態が変化したと判定されたとき着磁状態が変
   化する以前の記憶データを削除することを特徴とする請
   求項１記載の地磁気方位センサの着磁補正方法。
4. 【請求項４】出力値記憶工程は地磁気方位センサ出力と
   車両の進行方位を記憶するものであり、異常データ除去
   工程の代わりに、前記出力値記憶工程に記憶されている
   車両の進行方位から地磁気方位センサの出力を推定し推
   定地磁気出力を基準としたときの記憶された地磁気セン
   サ出力の車両の前後方向に加わる磁界方向への誤差量か
   ら地磁気方位センサの出力円の中心座標の算出精度を判
   定する補正精度判定工程を備えたことを特徴とする請求
   項１記載の地磁気方位センサの着磁補正方法。