JPH06186046A - 車両用方位測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 理論的に算出された方位変位量に対して補正
を行うことにより、信頼性のある方位を求める。 【構成】 車両旋回中に所定時間毎に地磁気方位と基準
地磁気方位ＳtdＭＡＧとの差及び車輪方位と基準車輪方
位ＳtdＷＨＬとの差が算出され、それぞれの累積値Ｓum
ＭＡＧ、ＳumＷＨＬが算出される（ステップ２４０，２
５０）。両累積値ＳumＭＡＧ，ＳumＷＨＬの差分を地磁
気方位累積値ＳumＭＡＧで除した判定値Ａの大きさは地
磁気方位に対する車輪方位の誤差の大きさに対応してい
るので、その判定値に応じて、回転センサの周期比から
理論計算により求めた相対的な方位変位量を補正するた
めの補正係数Ｃを更新設定していく（ステップ２８０〜
３００）ことにより、理論に基づく計算上の方位と実際
の方位との誤差が埋められて、正確な方位を求めること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ナビゲーション装置等
に利用する車両用方位測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、車両進行方位及び位置をディスプ
レイ上に表示し運転者に車両の現在位置等を告知し、経
路案内等を行ういわゆるナビゲーション装置を搭載した
自動車が知られている。

【０００３】このような車両位置・方位情報の提供に
は、車両の進行方位を検出するセンサ、いわゆる方位計
が重要な役割を果たしている。この方位計の一つとし
て、左右の車輪の回転量の差異を検出して方位の変位量
を求め、この相対的な方位に基づいて車両方位を決定す
る装置がある。

【０００４】左右の車輪の回転量の差異を検出して方位
を決定できる原理は次のごとくである。即ち、走行中に
車両方位が変わるのは、ステアリングの操作による車両
の旋回が原因である。旋回時に内輪と外輪との回転量を
比較すると当然に旋回半径の大きい外輪の方が多く、か
つその回転量の差が旋回半径の差に比例している。従っ
て回転量の違いを測定すれば車両方位の決定に利用でき
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、実際に車両
を走行させて旋回させてみると、実際の方位変位量と、
回転センサにより検出されたデータから算出した方位変
位量とは完全に一致していない場合が生じる。このた
め、車両旋回のたび毎に誤差が蓄積し、最終的には検出
される方位がでたらめとなってしまう恐れがあった。

【０００６】回転センサの検出データから方位変位量を
求める場合に、その計算上の根拠としている理論の一つ
は、よく知られているアッカーマン・ジャントーの理論
である。しかしこの理論は、車輪も含めた車両全体が剛
直であって、しかも車輪の横すべりのないような極めて
低速の状態で成り立つものである。

【０００７】従って車両を実際に走行させた場合、例え
ば乗車人員や乗車位置の違いによって車両の姿勢や挙動
が異なり、同じ旋回でも方位変位量に差が生じてしま
う。例えば実際には９０度旋回したにも関わらず、上記
回転センサにより検出されたデータから算出した方位変
位量では８０度しか旋回していないと検出されてしまう
といったことである。このため結果として検出方位に誤
差が出るのは当然であった。また、他の算出方法もやは
り、乗車人員や乗車位置の違いによる車両の姿勢や挙動
の違い、車輪の変形等を考慮していない単純な計算であ
るので同様の問題を生じていた。

【０００８】そこで、本発明は上記課題を解決すること
を目的とし、理論的に算出された方位変位量に対して補
正を行うことにより、信頼性のある方位を求めることの
できる車両用方位測定装置を提供するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
になされた本発明の車両用方位測定装置は、図１に例示
するように、左右の車輪の回転量の差異を検出し、その
差異から車両の相対方位変位量を検出する相対方位変位
量検出手段と、地磁気センサ等の絶対方位が検出可能な
手段から得た方位情報を基に、絶対方位変位量を検出す
る絶対方位変位量検出手段と、車両による所定の旋回期
間中における、上記相対方位変位量と上記絶対方位変位
量との比較結果に応じて、上記相対方位変位量を補正す
る方位変位量補正手段と、少なくともこの補正された相
対方位変位量に基づいて車両の方位を決定する方位決定
手段と、を備えたことを特徴とする。

【００１０】なお、絶対方位変位量検出手段は、絶対方
位が検出可能な手段から得た方位情報を基に絶対方位変
位量を検出するのであるが、その絶対方位が検出可能な
手段としては、上記した地磁気センサの他にも全世界衛
星測位システム（ＧＰＳ）を用いたり、例えばＣＤ−Ｒ
ＯＭ内に記憶された地図情報から道路方位を得るように
することが考えられる。

【００１１】

【作用】車両全体が剛直であり横すべりもしないとした
計算（例えばアッカーマン・ジャントーの理論）の通り
であれば、相対方位変位量検出手段の検出値のみで方位
変位量は正確に決定する。しかし、上述のごとく実際
は、旋回時に種々の要因が車両、特にサスペンションや
車輪に作用して理論通りにいかない。そのため、車両に
よる所定の旋回期間中における、相対方位変位量検出手
段により検出した相対方位変位量と絶対方位変位量検出
手段により検出した絶対方位変位量とを比較し、方位変
位量補正手段が、その比較結果に応じて相対方位変位量
を補正する。このように相対方位変位量が補正されるこ
とによって、方位決定手段にて正確な相対方位変位量が
用いられることになり、正確な車両方位の決定に貢献す
る。

【００１２】

【実施例】次に本発明の好適な実施例を図面に基づいて
詳細に説明する。図２は車両用方位測定装置の一実施例
としてのシステム構成図を示す。尚、本装置は自動車に
搭載されている。

【００１３】車両用方位測定装置１はマイクロコンピュ
ータとしての処理回路３を備えている。この処理回路３
は、一般的なマイクロコンピュータの構成を採用してお
り、主にＣＰＵ５、ＲＯＭ７、ＲＡＭ９及び入出力回路
（Ｉ／Ｏ）１１を主な構成とし、論理回路として構成さ
れている。

【００１４】この処理回路３は、左右前輪の回転センサ
１３，１４、地磁気センサ１５及びその他の図示しない
検出装置から検出信号を入力し、更に液晶表示装置（Ｌ
ＣＤ）１９に制御信号を出力して、所定の表示を実行し
ている。例えば、ナビゲーション装置の場合は画面地図
上に自動車の走行軌跡を表示する。

【００１５】回転センサ１３，１４としては、ここでは
車輪と一体で回転する歯車の個々の歯部がピックアップ
の近傍を通過する時に、ピックアップが電気的なパルス
信号を発生する公知のものが用いられる。即ち、時間当
りのパルス数（周波数）が多いほど、あるいはパルス信
号の周期が短いほど、車輪の回転は高速であることにな
る。

【００１６】地磁気センサ１５としては、例えばパーマ
ロイリングにＸ軸コイルとこれに直交するＹ軸コイルと
補助コイルとを巻装し、補助コイルに所定周波数の交流
信号を供給するように構成した、いわゆるフラックスゲ
ート型のものが用いられる。この地磁気センサ１５によ
れば地磁気の方位に応じてＸ軸コイルとＹ軸コイルとに
誘起された信号により絶対方位θが得られ、絶対方位θ
は以下の式で与えられる。

【００１７】θ＝ｔａｎ^-1（Ｖｘ／Ｖｙ） ここに、ＶｘはＸ軸コイルの出力電圧、ＶｙはＹ軸コイ
ルの出力電圧である。上述した処理回路３にて実施され
る方位測定処理を表すフローチャートを図３に示す。本
処理は所定時間毎に割り込み実行されるプログラムを表
している。

【００１８】まず処理が始まると、左右前輪の回転セン
サ１３，１４の内、パルス数の小さい方の値Ｎが読み込
まれる（ステップ１００）。このパルス数は、このプロ
グラムの前回実行周期の間にカウントされ各センサ１
３，１４毎に、ＲＡＭ９内の所定の番地に格納されてい
たデータである。

【００１９】次に回転センサ１３，１４からのパルス信
号の周期が読み込まれる（ステップ１１０）。この周期
のデータもこのプログラムの前回の実行周期の間に、各
センサ１３，１４毎に、ＲＡＭ９内の所定のバッファに
所定の時間間隔で読み込まれて、各々複数個格納されて
いたデータである。勿論、プログラムの実行周期を上記
パルスカウント数にて割ることにより周期を求めてもよ
く、この場合は後述のステップ１３０の平均化処理は不
要となる。

【００２０】次にこの左右の回転センサ１３，１４から
の周期データを時間順に組み合わせて、複数個の周期比
ｐを計算する（ステップ１２０）。周期比ｐは下式で計
算される。 ｐ＝ｔ_L／ｔ_R ここで、ｔ_L は左前輪側の周期、ｔ_R は右前輪側の周期
である。こうして複数の周期比ｐが求められる。

【００２１】次にこの複数の周期比ｐの平均値ｐa が算
出されるとともに、ｐa＞１（左旋回）の場合に、ｐa＝
１／ｐa の処理がなされ、ｐa が１以下に統一される
（ステップ１３０）。次にこの平均周期値ｐa から内輪
側回転センサ出力１パルス分の方位変位量△θSが求め
られる（ステップ１４０）。この計算は、アッカーマン
・ジャントーの理論に基づいて行われる。

【００２２】即ち、図４（Ａ），（Ｂ）に示すごとく、
車両Ｚが右旋回している場合、次の関係が成立する。こ
こで、各記号は、Ｔ：ホイールトレッド，Ｂ：ホイール
ベース，Ｒ：右後輪ＷRR基準の車両旋回半径，Ｒ_R：右
前輪ＷFR基準の車両旋回半径，ｐ：左右のパルス信号の
周期比，△θS：右側１パルス間の車両方位変位量，
Ｓ：右側１パルス（歯）間に進む距離を表している。こ
こで、Ｒ，Ｒ_R，△θS，ｐ以外は車種により決定されて
いる値であり、予め測定によりその数値が決定されてい
る。またｐはステップ１３０で算出されたｐa の値を用
いる。

【００２３】

【数１】

【００２４】この（１）式からＲを導き出すと、次の
（２）式のようになる。

【００２５】

【数２】

【００２６】またＲとＢとの幾何学的関係から、次の
（３）式のようにＲ_R が算出される。

【００２７】

【数３】

【００２８】このＲ_R とＳとに基づいて△θSが次の
（４）式のごとく求められる。

【００２９】

【数４】

【００３０】次に、△θSをＮ（内輪、右旋回なら右側
のパルス数）倍して、今回測定分の理論上の方位変位量
△θtを算出する（ステップ１５０）。次に、記憶され
ている補正係数Ｃを読み出し（ステップ１６０）、△θ
tと補正係数Ｃとの積を計算して、実際の方位変位量△
θとする（ステップ１７０）。更にこの△θを前回求め
た車両方位θに、右旋回の場合は加算し、左旋回の場合
は減算して、新たな車両方位θとする（ステップ１８
０）。右旋回、左旋回はステップ１００でパルス数の小
さい側が該当する。

【００３１】尚、車両Ｚが始動を開始し、最初に本処理
が実行される場合は、図示しない別のプログラムによ
り、地磁気センサ１５からのデータに基づいて、あるい
は運転者の指示に基づいて、最初の車両方位θが決定さ
れている。こうして一旦処理を終了する。以後所定時間
毎に上記処理を繰り返し、そのたびにθを更新して絶え
ずその時の車両Ｚの方位を求める。

【００３２】このように求められた車両方位θはナビゲ
ータのデータとして利用され、ＬＣＤ１９にその値が直
接表示されたり、あるいは画面上のＸＹ座標に換算され
て、車両Ｚの位置が表示される。次に上記ステップ１６
０で読み出す補正係数Ｃの更新処理ルーチンについて図
５を参照して説明する。この処理は所定時間毎に実行さ
れる。

【００３３】処理が開始されると、まず車両が旋回中で
あるか否かを判断する（ステップ２１０）。この旋回中
であるか否かの判断は、上記方位測定処理（図３）に示
したステップ１２０における左右の周期比ｐが第１所定
値以上あるいは第２所定値以下になった場合に左右いず
れかに旋回中だと判断することができる。

【００３４】車両が旋回中の場合（ステップ２１０：Ｙ
ＥＳ）は、前回処理時も旋回中か否かを判断する（ステ
ップ２２０）。ステップ２２０で否定（ＮＯ）判断、す
なわち車両が旋回を開始した場合は、地磁気センサ１５
により検出した方位（以下地磁気方位ともいう。）及び
左右前輪の回転センサ１３，１４からのパルス信号に基
づいて算出した方位（以下車輪方位ともいう。）を取り
込み、それぞれ基準地磁気方位ＳtdＭＡＧ及び基準車輪
方位ＳtdＷＨＬとして記憶して（ステップ２３０）、一
旦本ルーチンを終了する。

【００３５】上記ステップ２３０で取り込む車輪方位
は、図示しない車輪方位算出処理において求められる
が、この車輪方位算出処理は上記図３で示した方位測定
処理とほぼ同じで、図３のステップ１７０での補正係数
Ｃ＝１とした処理である。従って上記ステップ２１０に
おける旋回中判断は、この車輪方位算出処理の途中で計
算される左右の周期比ｐを取り込んで上記第１，２所定
値と比較することにより行われる。

【００３６】ステップ２３０で基準地磁気方位ＳtdＭＡ
Ｇ及び基準車輪方位ＳtdＷＨＬを記憶した後、再度本ル
ーチンが実行され、旋回状態が続いている場合（ステッ
プ２１０：ＹＥＳ，ステップ２２０：ＹＥＳ）は、ステ
ップ２４０に移行する。ステップ２４０では、その時点
での地磁気方位と車輪方位とを取り込み、それぞれ基準
地磁気方位ＳtdＭＡＧ、基準車輪方位ＳtdＷＨＬとの差
（方位変位量）を算出し、さらにその差の累積値をそれ
ぞれ算出する。

【００３７】そして、算出した累積値をそれぞれ地磁気
方位累積値ＳumＭＡＧ及び車輪方位累積値ＳumＷＨＬと
して記憶する（ステップ２５０）。つまり、上記ステッ
プ２４０，２５０の処理が例えば１０回実行されるとす
ると、ステップ２４０で各回毎に地磁気方位と基準地磁
気方位ＳtdＭＡＧとの差、及び車輪方位と基準車輪方位
ＳtdＷＨＬとの差が算出され、ステップ２５０において
その最終的には１０回分の差の総和が算出されて地磁気
方位累積値ＳumＭＡＧ及び車輪方位累積値ＳumＷＨＬと
して記憶されるのである。

【００３８】そして、旋回が終了した場合、すなわちス
テップ２１０でＮＯ判断、続くステップ２６０で前回処
理時は旋回中である（ＹＥＳ）と判断されたときには、
判定値Ａを次の（５）式のように算出する（ステップ２
７０）。

【００３９】

【数５】

【００４０】この判定値Ａは、両累積値ＳumＭＡＧ，Ｓ
umＷＨＬの差分を地磁気方位累積値ＳumＭＡＧで除した
ものである。判定値Ａが大きいということは、それだけ
地磁気方位に対する車輪方位の誤差が大きいということ
である。続いて、判定値Ａが閾値αより大きいか否かを
判断し（ステップ２８０）、閾値αよりも大きい場合に
は、補正係数を求めるマップ（図示せず）から、判定値
Ａに基づいて補正係数Ｃを検索する（ステップ２９
０）。このマップは測定実験等により予め車種に応じて
作成されているものである。そして、この検索した補正
係数Ｃを上述した方位測定処理（図３）のステップ１６
０において読み出すために設定された補正係数Ｃとして
更新設定する（ステップ３００）。

【００４１】このようにステップ３００で更新設定され
た補正係数Ｃは、次回、上記方位測定処理が実行される
際に用いられることになる。一方、ステップ２６０でＮ
Ｏ判断、すなわち車両が旋回中でない場合や、ステップ
２８０で判定値Ａが閾値α以下の場合は、それぞれ以降
の処理を行なうことなく一旦本ルーチンを終了する。

【００４２】なお、上記補正係数Ｃの更新処理ルーチン
は右旋回時と左旋回時とで独立して実行され、左旋回用
と右旋回用の補正係数Ｃがそれぞれ別々に更新される。
従って、ステップ２１０，２２０，２６０での旋回中判
断は左右の区別を付けて行われ、ステップ２２０，２６
０での判断は、前回と同じ向きの旋回であったか否かに
よって判断されることになる。

【００４３】本実施例は上述のごとく、回転センサ１
３，１４の周期比（即ち、回転量の差異を表す値）から
相対的な方位変位量を検出し、更にその相対変位量を累
積して車両の方位を検出している。その方位変位量の検
出の際に用いる、理論計算から求めた方位変位量を補正
するための補正係数Ｃを、地磁気方位累積値ＳumＭＡＧ
と車輪方位累積値ＳumＷＨＬとを比較した結果に応じて
決定している。

【００４４】詳しくは、上記判定値Ａの大きさは地磁気
方位に対する車輪方位の誤差の大きさに対応しているの
で、その判定値に応じた補正係数Ｃを更新設定していく
ことにより、理論に基づく計算上の方位と実際の方位と
の誤差が埋められて、正確な方位を求めることができ
る。このためナビゲーション装置等に正確な情報が提供
でき、ナビゲート機能の信頼性も向上する。

【００４５】なお、上記実施例では、絶対方位を検出す
る手段として地磁気センサ１５を採用したが、他にも全
世界衛星測位システム（ＧＰＳ）を用いたり、例えばＣ
Ｄ−ＲＯＭ内に記憶された地図情報から道路方位を得る
ようにしてもよい。地図情報の道路方位を使用する場合
は、車両の旋回開始時及び旋回終了時の２箇所での道路
方位と車輪方位を使用し、それぞれの旋回開始時から旋
回終了時までの変位量を比較することで補正係数Ｃを更
新するようにしてもよい。

【００４６】また、上記実施例において、方位変位量△
θを算出するにおいてアッカーマン・ジャントーの理論
を基に、式（１）〜（４）をたてて理論上の方位変位量
△θの算出を行ったが、他の式として次のような式にて
理論上の方位変位量を求めてもよい。

【００４７】△θ＝３６０（△ｌL−△ｌR）／２πＴ ここで△ｌL：左車輪の走行距離，△ｌR：右車輪の走行
距離，Ｔ：ホイールトレッドである。△ｌL及び△ｌRは
回転センサ１３，１４の出力から計算でき、Ｔは固定し
ているので、△θが算出できる。これをステップ１５０
で求める△θtの代わりに用いればよい。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の車両用方
位測定装置は、車両による所定の旋回期間中における、
相対方位変位量検出手段により検出した相対方位変位量
と絶対方位変位量検出手段により検出した絶対方位変位
量とを比較し、方位変位量補正手段が、その比較結果に
応じて相対方位変位量を補正する。従って、正確な方位
変位量が検出でき、その値に基づき信頼性のある方位を
求めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の基本的構成例示図である。

【図２】 一実施例を示すシステム構成ブロック図であ
る。

【図３】 処理回路にて実行される方位測定処理のフロ
ーチャートである。

【図４】 （Ａ），（Ｂ）共に理論的計算の説明図であ
る。

【図５】 処理回路にて実行される補正係数の更新処理
のフローチャートである。

【符号の説明】

１…車両用方位測定装置、 ３…処理回路、１
３，１４…回転センサ、 １５…地磁気センサ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 左右の車輪の回転量の差異を検出し、そ
   の差異から車両の相対方位変位量を検出する相対方位変
   位量検出手段と、 地磁気センサ等の絶対方位が検出可能な手段から得た方
   位情報を基に、絶対方位変位量を検出する絶対方位変位
   量検出手段と、 車両による所定の旋回期間中における、上記相対方位変
   位量と上記絶対方位変位量との比較結果に応じて、上記
   相対方位変位量を補正する方位変位量補正手段と、 少なくともこの補正された相対方位変位量に基づいて車
   両の方位を決定する方位決定手段と、 を備えたことを特徴とする車両用方位測定装置。