JPH0618265A - 方位計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 方位計測装置の固有磁界補正精度の向上とと
もに、部品を削減し、コストを低減し、信頼性を向上す
る。 【構成】 磁気センサ１０１の出力を交流増幅、位相検
波、積分した出力を磁気センサ１０１の２次巻線１０１
１，１０１２に電流フィードバックし、また積分出力か
ら車両の固有磁界を検出し、この固有磁界を打ち消すた
めの補正電圧を２次巻線１０１１，１０１２の出力端と
は別の端子に入力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、車両の進行方位表示
装置や走行軌跡表示装置などに用いる車両の進行方位信
号を出力する方位計測装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば特開昭６１−２５４８１７
号公報に記載されているように、移動体に取り付けられ
た方位検知部により地磁気の方位を直交する２成分で検
知し、移動体を回転させることによって得られる方位検
知部の出力信号に基づき移動体が持つ固有磁界を検出
し、この固有磁界を打ち消す磁界を磁界発生器に発生さ
せる固有磁界補正手段を備えたものがあった。

【０００３】図１３は従来の方位計測装置の構成を示
し、１０１は地磁気の水平成分を互いに直交するＸＹ成
分に分けて検出する磁気センサであり、トロイダルコア
１０１３と励振用の１次巻線１０１４とトロイダルコア
１０１３に直交して巻かれた２つの２次巻線１０１１，
１０１２から構成されている。そして、磁気検出回路１
０のタイミング回路１０３のタイミングで１次巻線１０
１４を駆動回路１０２により励振する。

【０００４】２次巻線１０１，１０２の一端はボルテー
ジフォロア１１５ａ，１１５ｂを介して基準電圧回路１
０８の基準電圧Ｖ_c に接続されており、２次巻線１０１
１，１０１２の他端に現われる磁気信号をバンドパスフ
ィルタ１０４ａ，１０４ｂを介して検波回路１０５ａ，
１０５ｂで検波し、さらに積分回路１０６ａ，１０６ｂ
で積分する。積分回路１０６ａ，１０６ｂの出力は電流
フィードバックのため抵抗１０７ａ，１０７ｂを介して
２次巻線１０１１，１０１２にフィードバックされ、フ
ィードバック電流によって２次巻線１０１１，１０１２
に発生する磁界と外部から加わる磁界が等しくなり、２
次巻線１０１１，１０１２内の磁界がゼロとなる点で回
路が安定し、そのときの積分回路１０６ａ，１０６ｂの
出力が磁界検出出力Ｖ_x ，Ｖ_y となる。

【０００５】検出されたＶ_x ，Ｖ_y の中の固有磁界によ
る成分を補正するために、Ｖ_x ，Ｖ_y をＡ／Ｄ変換器１
０９でＡ／Ｄ変換し、車両を一旋回させるなどしてマイ
クロコンピュータ１１２により固有磁界成分を演算す
る。演算により得られた結果をＤ／Ａ変換器１１０ａ，
１１０ｂでアナログ電圧に変換し、さらにボルテージフ
ォロア１１１ａ，１１１ｂ及び抵抗１１４ａ，１１４ｂ
を介して２次巻線１０１１，１０１２の磁気信号を取り
出した端子に接続し、固有磁界に相当する電流を流すこ
とにより補正を行う。なお、１１３は車両の進行方位を
表示する表示部である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来装置にお
いては、磁気センサ１０１の２次巻線１０１１，１０１
２の一端を基準電圧源に接続し、他の一端に抵抗１１４
ａ，１１４ｂを介して補正電圧を印加して電流を流して
いるが、基準電圧源と補正電圧源には補正磁界を発生さ
せるために所定の電流供給能力を持たせる必要があり、
ボルテージフォロア１１１ａ，１１１ｂ，１１５ａ，１
１５ｂを挿入している。その結果、回路規模が大きくな
るという課題があった。

【０００７】又、固有磁界補正手段は、磁気検出回路１
０の出力を読み、その結果から補正量を知って補正回路
へ出力しているため、磁気検出回路１０のゲインと補正
回路のゲインを合せる必要がある。磁気検出回路１０の
ゲインはフィードバック抵抗１０７ａ，１０７ｂで決ま
り、補正回路のゲインは抵抗１１４ａ，１１４ｂで決ま
るため、補正量の精度を確保するためには、ゲイン決定
用の抵抗１０７ａと１１４ａ、１０７ｂと１１４ｂの比
を合せる必要があるという課題があった。

【０００８】この発明は上記のような課題を解決するた
めに成されたものであり、基準電圧源の電流容量を必要
とせず、また補正量の精度を上げるために磁気検出回路
のゲインと補正回路のゲインを合せる必要がなく、簡単
な構成で補正精度を高めることができる方位計測装置を
得ることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明に係る方位計測
装置は、積分回路と基準電圧回路の出力を入力され、車
両を旋回走行させた際に積分回路から得られる信号に基
づいて車両の固有磁界を検出し、この固有磁界を打消す
ための補正電圧を磁気センサの２次巻線の磁気信号出力
端と別の端子に入力する制御手段を設けたものである。

【００１０】

【作用】この発明においては、磁気センサの２次巻線か
らの出力は積分回路により積分され、この積分回路から
の信号に基づいて固有磁界が検出され、この固有磁界を
打消すための補正電圧が２次巻線の出力端とは別の端部
に入力される。

【００１１】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面とともに説明
する。図１はこの実施例による方位計測装置の全体構成
図、図２は要部構成図である。図１及び図２において、
磁気センサ１０１は車両に固定され、地磁気の水平成分
を互いに直交する２つの検出軸の成分に分けて検出す
る。タイミング回路１１８は磁気センサ１０１の周波数
ｆの励振タイミングと位相検波回路１１７ａ，１１７ｂ
の周波数２ｆの検波タイミングを作る。駆動回路１０２
はこの励振タイミングを受け、磁気センサ１０１の１次
巻線１０１４を周波数ｆで励振する。

【００１２】一方、交流増幅回路１１６ａ，１１６ｂは
２次巻線１０１１，１０１２からの磁気出力信号に含ま
れる２ｆ成分の信号を交流増幅し、位相検波回路１１７
ａ，１１７ｂはこの交流増幅信号を位相検波し、積分回
路１０６ａ，１０６ｂはこの位相検波信号の出力を積分
し、地磁気のＸ，Ｙ検出軸成分に対応したＶ_x ，Ｖ_yを
出力する。このＶ_x ，Ｖ_y 出力は抵抗１０７ａ，１０７
ｂを介して２次巻線（ＸＹ検出巻線）１０１１，１０１
２に電流フィードバックされる。

【００１３】ここで、車両を旋回走行させると、Ｖ_x ，
Ｖ_y 出力から得られる複数個の出力信号に基づき、車両
の固有磁界が検出される。この固有磁界を打ち消すため
の補正電圧Ｖ_hx，Ｖ_hyは、２次巻線１０１１，１０１２
の磁気信号を取り出した端子とは別の端子に入力する。
基準電圧回路１０８は磁気検出回路１０ａの基準電圧Ｖ
_C を作成する。

【００１４】図３は磁気センサ１０１の出力説明図を示
し、２次巻線１０１１の検出軸をＸ軸、２次巻線１０１
２の検出軸をＹ軸とし、このＹ軸が車両の前方即ち進行
方向を向くように車両に固定され、地磁気の水平成分Ｈ
_s がＹ軸と角度θを成しているとすると、水平成分Ｈ_s
のＸ，Ｙ成分であるＨ_sx，Ｈ_syに応じた信号が２次巻線
１０１１，１０１２から出力される。

【００１５】この出力信号が交流増幅回路１１６ａ，１
１６ｂ、位相検波回路１１７ａ，１１７ｂ及び積分回路
１０６ａ，１０６ｂにより処理されることにより、積分
回路１０６ａ，１０６ｂに出力電圧Ｖ_x ，Ｖ_y が生じ、
この電圧Ｖ_x ，Ｖ_y によって抵抗１０７ａ，１０７ｂを
介して電流Ｉ_x ，Ｉ_y が２次巻線１０１１，１０１２に
流れ、２次巻線１０１１，１０１２によって磁界成分Ｈ
_sx，Ｈ_syを打ち消そうとする磁界が発生する。磁気セン
サ１０１の内部磁界がゼロとなるまで電流Ｉ_x，Ｉ_y は
流れ、ゼロとなった平衡状態で電流Ｉ_x ，Ｉ_y は定常値
を示し、電圧Ｖ_x ，Ｖ_y の定常値が定まる。

【００１６】磁気検出回路１０ａの出力電圧Ｖ_x ，Ｖ_y
はＡ／Ｄ変換器１０９を介してデジタル量に変換され、
マイクロコンピュータ１１２はＡ／Ｄ変換器１０９の出
力を受けて各種の演算を行い、表示部１１３はこの演算
結果に基づいて方位表示を行う。又、固有磁界を補正す
るための補正量がマイクロコンピュータ１１２からＤ／
Ａ変換器１１０ａ，１１０ｂに出力され、補正電圧
Ｖ_hx，Ｖ_hyに変換される。ボルテージフォロア１１１
ａ，１１１ｂは出力電圧Ｖ_hx，Ｖ_hyのバッファとなり、
その出力は２次巻線１０１１，１０１２における磁気信
号を取り出した端子とは別の端子に入力される。基準電
圧回路１０８は各回路の基準電圧を作成し、この基準電
圧Ｖ_c は電源電圧の約半分の電位とし、積分回路１０６
ａ，１０６ｂ、交流増幅回路１１６ａ，１１６ｂ及びＡ
／Ｄ変換器１０９に入力する。

【００１７】次に、固有磁界の補正動作について説明す
る。いま、車両の着磁等によって生じる固有磁界を
Ｈ_o 、地磁気による磁界をＨ_s とすると、磁気センサ１
０１に加わる磁界は図４に示すように固有磁界と地磁気
の合成磁界Ｈ_o ＋Ｈ_s となる。システムの電流投入時
に、マイクロコンピュータ１１２は基準電圧回路１０８
の基準電圧Ｖ_c をＡ／Ｄ変換器１０９でＡ／Ｄ変換し、
その結果をＤ／Ａ変換器１１０ａ，１１０ｂに出力し、
Ｄ／Ａ変換器１１０ａ，１１０ｂは補正電圧Ｖ_hx＝
Ｖ_c ，Ｖ_hy＝Ｖ_c として出力する。このときのＶ_x ，Ｖ
_y 出力は抵抗１０７ａ，１０７ｂの抵抗値をＲ_x ，Ｒ_y
として、 Ｖ_x ＝Ｖ_hx＋Ｉ_x Ｒ_x ＝Ｖ_c ＋Ｉ_x Ｒ_x （１） Ｖ_y ＝Ｖ_hy＋Ｉ_y Ｒ_y ＝Ｖ_c ＋Ｉ_y Ｒ_y （２） となる。ここで、Ｉ_x ，Ｉ_y は固有磁界Ｈ_o と地磁気Ｈ
_s によって２次巻線１０１１，１０１２に流れる電流で
あるから、 Ｉ_x ＝Ｉ_ox＋Ｉ_sx （３） Ｉ_y ＝Ｉ_oy＋Ｉ_sy （４） となる。ただし、 Ｉ_ox：固有磁界Ｈ_o のｘ成分によって２次巻線１０１１
に流れる電流 Ｉ_oy：固有磁界Ｈ_o のｙ成分によって２次巻線１０１２
に流れる電流 Ｉ_sx：地磁気Ｈ_s のｘ成分によって２次巻線１０１１に
流れる電流 Ｉ_sy：地磁気Ｈ_s のｙ成分によって２次巻線１０１２に
流れる電流 である。

【００１８】（１），（２）式に（３），（４）式を代
入すると、 Ｖ_x ＝Ｖ_c ＋（Ｉ_ox＋Ｉ_sx）Ｒ_x （５） Ｖ_y ＝Ｖ_c ＋（Ｉ_oy＋Ｉ_sy）Ｒ_y （６） となり、（５），（６）式で出力電圧の基準をＶ_c とす
ると、固有磁界Ｈ_o による出力電圧はＩ_oxＲ_x ，Ｉ_oyＲ
_y となる。このＩ_oxＲ_x ，Ｉ_oyＲ_y は、図４に示すよう
に車両を一旋回してリサージュ円の中心を求めることに
より容易に求めることができる。

【００１９】マイクロコンピュータ１１２は、求めた固
有磁界Ｈ_o による出力電圧Ｉ_oxＲ_x，Ｉ_oyＲ_y を補正電
圧として現在の補正電圧Ｖ_hx，Ｖ_hyから差し引き、これ
をＤ／Ａ変換器１１０ａ，１１０ｂを介して出力する。
即ち、 Ｖ′_hx＝Ｖ_hx−Ｉ_oxＲ_x ＝Ｖ_c −Ｉ_oxＲ_x （７） Ｖ′_hy＝Ｖ_hy−Ｉ_oyＲ_y ＝Ｖ_c −Ｉ_oyＲ_y （８） となる。補正後の出力Ｖ_x ，Ｖ_y は（７），（８）式と
（１），（２），（５），（６）式より Ｖ′_x ＝Ｖ_c −Ｉ_oxＲ_x ＋（Ｉ_ox＋Ｉ_sx）Ｒ_X ＝Ｖ_c ＋Ｉ_sxＲ_x （９） Ｖ′_y ＝Ｖ_c −Ｉ_oyＲ_y ＋（Ｉ_oy＋Ｉ_sy）Ｒ_y ＝Ｖ_c ＋Ｉ_syＲ_y （10） となり、基準電圧Ｖ_c を中心に地磁気成分のみがＶ_x ，
Ｖ_y に出力される。

【００２０】なお、上記説明において、補正電圧Ｖ_hx，
Ｖ_hyの初期値を基準電圧Ｖ_c としたが、Ｖ_hx＝Ｖ_c ＋Ｖ
_OFx 、Ｖ_hy＝Ｖ_c ＋Ｖ_OFy （Ｖ_OFx ，Ｖ_OFy はＶ_c から
のオフセット電圧）なる任意の電圧としても、オフセッ
ト電圧Ｖ_OFx ，Ｖ_OFy と固有磁界による電圧Ｉ_oxＲ_x ，
Ｉ_oyＲ_y は同時に検出され、補正は可能である。

【００２１】上記のように固有磁界の補正は、マイクロ
コンピュータ１１２で求めたＶ_x ，Ｖ_y の固有磁界成分
を符号反転して現在の補正電圧に加えるという簡単な操
作により行うことができ、また磁気検出ゲインと補正ゲ
インはＸ成分はＲ_x 、Ｙ成分はＲ_y のみで決まるため、
極めて精度が良い補正が可能である。

【００２２】又、回路の基準電圧を作る基準電圧回路１
０８は、回路全体を安定に動作させるために、通常、内
部インピーダンスが低い、例えばオペアンプを使用した
ボルテージフォロア回路等が用いられる場合が多いが、
この実施例では比較的大きい電流Ｉ_x ，Ｉ_y はボルテー
ジフォロア１１１ａ，１１１ｂと積分回路１０６ａ，１
０６ｂとの間で流れるため、図５及び図６に示すよう
に、交流増幅回路１１６ａ，１１６ｂ及び積分回路１０
６ａ，１０６ｂにオペアンプを用いた一般的な回路を使
うことにより抵抗分圧のみの回路で十分であり、部品削
減、低コスト化、信頼性向上が可能となる。

【００２３】次に、上記実施例の動作をマイクロコンピ
ュータ１１２に記憶されたプログラムのフローチャート
に基づいて説明する。図７はメインルーチンのフローチ
ャートを示し、図１のユニットに電源を供給するとスタ
ートする。まず、ステップ７０１では変数等の初期設定
を行い、ステップ７０２では固有磁界補正モードか否か
を判定し、補正モードであればステップ７０６で補正を
開始することを使用者に知らせるための表示出力を行
う。

【００２４】補正モードでなければ磁気センサ１０１の
出力に基づいて方位表示をするためにステップ７０３に
進む。補正モードか否かの判定は図示しないスイッチ入
力等によって行う。ステップ７０３では磁気検出回路１
０ａの出力Ｖ_x ，Ｖ_y をＡ／Ｄ変換器１０９を介して読
み込み、ステップ７０４でＶ_x ，Ｖ_y によりθ＝tan^-1
（Ｖ_y ／Ｖ_x ）の方位演算を行い、方位θを求める。ス
テップ７０５では、θに対応した指標パターンが点灯す
るよう表示信号を表示部１１３に出力する。

【００２５】固有磁界補正処理については、ステップ７
０６で補正開始表示をした後、サブルーチン７０７で原
点収束処理を行う。図８はこのサブルーチンのフローチ
ャートであり、ステップ８０１で現在の磁気信号出力Ｖ
_xA，Ｖ_yAを読み込む。図１０はこのときの様子を示す図
であり、Ａ点は現在の磁気信号出力を示している。破線
で描かれた円は、ユニットが一旋回したときに出力
Ｖ_x ，Ｖ_y がたどる軌跡即ちリサージュ円１１であり、
この時点ではマイクロコンピュータ１１２は現在の磁気
信号出力Ａ点を知るのみであって、リサージュ円１１が
どこにあるかは分らない。

【００２６】次に、ステップ８０２では読み込んだ
Ｖ_x ，Ｖ_y を符号反転して現在の補正出力Ｖ′_hx，Ｖ′
_hyに加算し、Ｖ_hx，Ｖ_hyとしてＤ／Ａ変換器１１０ａ，
１１０ｂを介して出力し、原点収束処理を終わる。この
ときのリサージュ円１１は図１１に示すように原点Ｏを
通る。

【００２７】ステップ７０８では、表示部１１３に所定
の表示信号を送る。この表示出力は原点収束が終了し、
次の補正演算処理の準備ができたことを使用者に知らせ
るためのものであり、これにより使用者は車両を旋回走
行させる。この旋回走行に対応して、中心補正処理のサ
ブルーチン７０９が実行される。図９は中心補正処理の
フローを示し、まずステップ９０１では磁気検出回路１
０ａの出力Ｖ_x ，Ｖ_yを入力し、ステップ９０２ではこ
の入力値Ｖ_x ，Ｖ_y が原点Ｏにあるか否かを判定する。
原点Ｏにあると判定すると、再びステップ９０１へ戻
り、同じ処理を繰り返す。これは原点収束処理終了後、
旋回走行が始まったか否かを判定するための処理であ
り、旋回走行が始まり、磁気信号出力が原点Ｏから離れ
るまで待機する。

【００２８】旋回走行が始まるとステップ９０３に移行
し、Ｖ_x ，Ｖ_y を読み込む。ステップ９０４では、磁気
信号出力Ｖ_x ，Ｖ_y のそれぞれの最大値Ｖ_xmax，Ｖ_ymax
及び最小値Ｖ_xmin，Ｖ_yminを記憶する。ステップ９０５
では旋回走行が終了して再び磁気信号出力Ｖ_x ，Ｖ_y が
原点Ｏに戻ったか否かを判断し、原点Ｏに戻っていなか
ったらステップ９０３に戻り、最大値及び最小値の入力
処理を続ける。ステップ９０２，９０５の原点判定に
は、図１１に示すように誤差が許される範囲で微小な領
域１２で判定すれば確実である。

【００２９】ステップ９０５で旋回走行終了を判定する
とステップ９０６へ進み、リサージュ円１１の中心点Ｂ
の座標（Ｖ_xc，Ｖ_yc）を Ｖ_xc＝（Ｖ_xmax−Ｖ_xmin）／２ Ｖ_yc＝（Ｖ_ymax−Ｖ_ymin）／２ により求める。ステップ９０７ではＶ_xc，Ｖ_ycを符号反
転し、現在の補正出力Ｖ′_hx，Ｖ′_hyに加算してＶ_hx，
Ｖ_hyとしてＤ／Ａ変換器１１０ａ，１１０ｂを介して出
力し、中心補正処理サブルーチンを終了する。以上の処
理によって固有磁界補正処理を完了し、このときのリサ
ージュ円１１は図１２に示すように原点Ｏを中心とした
円になり、Ｖ_x ，Ｖ_y が示す値は固有磁界成分が取り除
かれた真の方位データとなる。その後、プログラムはス
テップ７０２に戻り、通常の方位表示処理を実行する。

【００３０】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、固有磁
界を打消すための補正電圧を磁気センサの２次巻線の磁
気信号出力端とは別の端部に入力しており、固有磁界成
分を符号反転して基準電圧に加算するだけで良く、固有
磁界成分の高精度な補正が可能となる。又、基準電圧回
路と磁気センサの２次巻線とは直接は接続されていない
ので、フィードバック電流や固有磁界補正のための電流
が基準電圧回路に流れなくなり、基準電圧回路を簡単な
回路で構成することができ、部品削減、低コスト化、高
信頼性化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明装置の全体構成図である。

【図２】この発明装置の要部構成図である。

【図３】この発明による磁気センサの出力説明図であ
る。

【図４】地磁気と固有磁界の関係図である。

【図５】この発明による交流増幅回路の回路図である。

【図６】この発明による積分回路の回路図である。

【図７】この発明装置のメイン動作を示すフローチャー
トである。

【図８】この発明装置の原点収束処理動作を示すフロー
チャートである。

【図９】この発明装置の中心補正処理動作を示すフロー
チャートである。

【図１０】この発明による磁気信号読み込み時の磁気信
号出力図である。

【図１１】この発明による磁気信号の原点収束処理時の
出力図である。

【図１２】この発明による磁気信号の固有磁界補正処理
後の出力図である。

【図１３】従来装置の構成図である。

【符号の説明】

１０ａ 磁気検出回路 １０１ 磁気センサ １０６ａ，１０６ｂ 積分回路 １０７ａ，１０７ｂ 抵抗 １１２ マイクロコンピュータ １１６ａ，１１６ｂ 交流増幅回路 １１７ａ，１１７ｂ 位相検波回路 １１８ タイミング回路 １０１１，１０１２ ２次巻線 １０１３ トロイダルコア １０１４ １次巻線

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車両に取付けられるとともに、トロイダ
   ルコアと励振用の１次巻線と２つの磁界検出用２次巻線
   からなり、地磁気の水平成分を互いに直交する２つの検
   出軸の成分に分けて検出する磁気センサと、タイミング
   信号を発生するタイミング回路と、このタイミング信号
   を受けて磁気センサを励振する駆動回路と、磁気センサ
   の２つの２次巻線の磁気信号出力を交流増幅する交流増
   幅回路と、交流増幅回路の出力をタイミング回路の位相
   検波タイミングで位相検波する位相検波回路と、位相検
   波回路の出力を積分する積分回路と、積分回路の出力を
   磁気センサの２次巻線に電流フィードバックする抵抗
   と、交流増幅回路と積分回路に基準電圧を印加する基準
   電圧回路と、積分回路の出力と基準電圧回路の出力を入
   力され、車両を旋回走行させた際に積分回路から得られ
   る複数の出力信号に基づいて車両の固有磁界を検出し、
   この固有磁界を打ち消すための補正電圧を磁気センサの
   ２次巻線の磁気信号出力端とは別の端部に入力する制御
   手段を備えたことを特徴とする方位計測装置。