JPH0739959B2 - 地磁気方位センサの着磁補正方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ この発明は地磁気方位センサの着磁補正方法に関し、さ
らに詳細にいえば、外部要因により着磁される構成部分
を有する移動体に地磁気方位センサを取付け、地磁気方
位センサからの出力信号および移動体の推定走行方位に
基いて移動体の位置を検出する位置検出装置に適用され
る地磁気方位センサの着磁補正方法に関する。

＜従来の技術＞ 従来から道路交通網の任意の箇所を走行している車両の
位置を検出する方式として、距離センサと、方位センサ
と、両センサからの出力信号に必要な処理を施す処理装
置とを具備し、車両の走行に伴なって生ずる距離変化
量、および方位変化量を積算しながら車両の現在位置デ
ータを得る推測航法（Dead Reckoning）が提案されてい
るが、距離センサ、および方位センサが必然的に有して
いる誤差が走行継続に伴なって累積され、得られる現在
位置データに含まれる誤差も累積されてしまうという問
題がある。

特に、上記方位センサとして地磁気方位センサを使用し
た場合には、車両が全く車体着磁を受けていない状態で
あれば、地磁気とセンサとの相対関係に基いて正確な方
位検出信号を出力することができるのであるが、車体着
磁を全く受けていない状態は殆どなく、程度の差はあっ
ても車体着磁を受けているのであるから、車体着磁の影
響を受けて地磁気方位センサにより検出される方位が実
際の車両走行方位から大幅にずれた状態になってしまう
ことになる。

さらに詳細に説明すれば、車体着磁を全く受けていない
状態においては、地磁気方位円の中心が座標の原点と一
致した状態になるのであるから（第６図Ａ参照）、地磁
気方位センサからの出力データ（x1,y1）に基いて正確
な方位ベクトルD1を得ることができる。

しかし、車体着磁を受けている状態においては、車体着
磁の程度に応じて地磁気方位円の中心が座標の原点から
ずれた状態になり（第６図Ｂ参照）、地磁気方位センサ
からの出力データ（x2,y2）に基いて得られる方位ベク
トルD2が正確な方位ベクトルD1から大幅にかけ離れた状
態になってしまい、到底正確な車両位置の検出を行なう
ことができない状態になってしまうのである。

このような問題点を解消させるために、従来から、360
度、或は360度よりも少ない所定角度だけ旋回する円走
行を行ない、円走行の結果得られる出力円に基いて車体
着磁量Δx1,Δy1を検出し、その後の実走行において
は、上記検出された車体着磁量Δx1,Δy1に基く補正を
行なって正確な方位データを得る方法が提案されている
（昭和59年12月発行、トヨタ技術第34巻第２号、「ナビ
コン」の開発参照）。

＜発明が解決しようとする問題点＞ 上記の着磁補正方法においては、実走行の途中において
新たな車体着磁が生じた場合（踏切を通過する場合等）
については、着磁補正を行なうことができない可能性が
高く、したがって、車両の位置検出精度が大幅に低下し
てしまう可能性が高いという問題がある。

さらに詳細に説明すると、上記着磁補正方法は、360
度、或は360度よりも少ない所定角度だけ回転する円走
行を行なうことが必須であるが、実走行の途中において
上記円走行を行なうことができるスペースが確実に存在
するという保障、或は車体着磁が発生した後、短時間内
に走行方向が変更されるという保障は全くなく、スペー
スが存在せず、或は走行方向の変更が行なわなければ、
着磁補正を行なうことなく車両の位置検出を行なわざる
を得ないことになる。特に、実走行の途中において、例
えば踏切等の強磁界領域を車両が通過する頻度はかなり
高く、このような強磁界領域を通過した後における車体
着磁量は、Δx1,Δy1からΔx2,Δy2に変化するのである
から、正確に車両の位置検出を行なおうとすれば、着磁
補正量をΔx1,Δy1からΔx2,Δy2に変化させなければな
らないことになる。

したがって、新たな着磁補正量Δx2,Δy2によることな
く従前の着磁補正量Δx1,Δy1により補正を行なえば、
実際の着磁量に無関係な補正量が選択されたことにな
り、到底正確な車両の位置検出を行なうことはできない
のである。

また、実際に車体着磁が発生した後、所定値（車体着磁
の補正が可能な値）よりも大きい走行方向の変更があっ
た時点で地磁気方位センサからの出力データを収集し、
必要な解析、処理を行なうようにした場合には、道路の
状態によっては着磁補正量が得られるまでに長時間を必
要とし、その間において、検出される車両の位置が実際
の位置から外れてしまい、しかも外れた程度を全く知る
ことができないという問題がある。

＜発明の目的＞ この発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、
円走行、走行方向変更の何れをも行なうことなく簡単
に、地磁気方位センサの着磁補正を行なうことができる
方法を提供することを目的としている。

＜問題点を解決するための手段＞ 上記の目的を達成するための請求項１記載の着磁補正方
法は、外部要因により着磁される構成部分を有する移動
体の、着磁方法が互いに同一で、かつ上記着磁に起因す
る磁束密度が互に異なる位置にそれぞれ地磁気方位セン
サを取付け、各々の地磁気方位センサからの出力信号Vx
1,Vy1,Vx2,Vy2に基き、 α＝tan^-1｛（Vy1−Vy2）／（Vx1−Vx2）｝ により着磁方向αを算出するとともに、一方の地磁気方
位センサからの出力信号Vx1,Vy1と とに基き、 により着磁量G1を算出し、算出された着磁方向α、およ
び着磁量G1に基いて方位検出信号を補正することを特徴
とするものである。

また、請求項２記載の着磁補正方法は、上記 が、移動体が車両である場合、下記（ａ），（ｂ）また
は（ｃ）のいずれかに記載された方法によって求めるも
のであることを特徴とするものである。

（ａ）車両の走行前において、地磁気方位センサを初期
化する地点とその初期化する地点での車両の方向とを固
定し、この固定されている車両の方向を地図またはコン
パスなどを用いて測定する。

（ｂ）車両の走行前において、地図マッチング方式を利
用するナビゲーションシステムまたはロケーションシス
テムの初期位置設定時にその初期位置の道路の方向を採
用する。

（ｃ）車両の走行時において、車輪速センサの出力に基
づいて車輪速の差を取得し、この取得された車輪速の差
に基づいて相対方位変化量を算出し、この算出された相
対方位変化量を直前に求められている車両の推定走行方
位に加算する。

＜作用＞ 上記請求項１記載の構成では、外部要因により着磁され
る構成部分を有する移動体の、着磁方向が同一で、かつ
着磁に起因する磁束密度が互に異なる所定位置にそれぞ
れ地磁気方位センサが取付けられる。したがって、着磁
方向が同一であるとともに着磁量は異なる出力信号Vx1,
Vy1,Vx2,Vy2を得ることができる。そのため、上記各々
の地磁気方位センサの出力信号Vx1,Vy1,Vx2,Vy2に基い
て、着磁方向αを得ることができる。

また、地磁気方位センサの方位円の中心座標は、上記着
磁方向αに基いて定まる直線と、移動体の移動方向に基
いて定まる直線との交点に相当する。したがって、一方
の地磁気方位センサの出力信号Vx1,Vy1および に基いて方位円の中心座標を得ることができる。そのた
め、着磁量G1を得ることができる。

なお、上記 たとえば移動体が車両の場合、請求項２記載の構成のよ
うに求められる。

以上のように、上記構成によれば、着磁方向αおよび着
磁量G1を移動体を円走行させたり移動方向を変更するこ
となく得ることができるので、方位検出信号を簡単に補
正することができる。

＜実施例＞ 以下、実施例を示す添付図面によって詳細に説明する。

第１図は車両（１）の所定位置に２個の地磁気方位セン
サ（２）（３）を取付けた状態を概略的に示す図であ
り、車体着磁が発生した場合の着磁方向が同一で、かつ
ルーフ（11）における等価磁石（12）、およびボディー
下部（13）における等価磁石（14）による影響が互に異
なる状態になるように、地磁気方位センサ（２）（３）
を互に異なる箇所に取付けている。具体的には、地磁気
方位センサ（２）がルーフ（11）から距離11の箇所に取
付けられているとともに、地磁気方位センサ（３）がル
ーフ（11）から距離12（12＞11）の箇所に取付けられて
いる。

尚、上記地磁気方位センサ（２）（３）は互に同一の特
性を有するものである。

第２図は地磁気方位センサ（２）（３）の一例としての
フラックスゲート型地磁気方位センサを示す概略図であ
り、励磁回路（22）により励磁されるトロイダルコア
（21）に対して、互に直交する状態で出力巻線（23）
（24）が設けられている。

そして、上記両出力巻線（23）（24）から出力される信
号Vx,Vyは、磁束密度がｇの磁界が地磁気方位センサ
（２）（３）に対して角度ψで交わった状態（第２図参
照）において、 Vx＝gS cosψ Vy＝gS sinψ となる。但し、Ｓは地磁気方位センサの出力係数であ
る。

また、車両（１）を予め測定された方向に向けた状態に
おける車両の方向を示す情報、予め設定されている道路
の方向を示す情報、或は、車輪速の差に基いて算出され
た相対方位変化量等により を得ることができる。

したがって、両地磁気方位センサ（２）（３）の各出力
巻線（23）（24）（33）（34）から取出される信号Vx1,
Vy1,Vx2,Vy2および に基いて以下のようにして着磁補正を施し、車両の真の
走行方位θを得ることができる。

第３図は着磁補正を施して真の走行方位を検出するため
の装置の構成を概略的に示す図であり、地磁気方位セン
サ（２）（３）からの出力信号、および車輪速センサ
（４）からの出力信号を演算処理装置（５）に供給し、
演算処理装置（５）において、以下に詳細に説明する演
算処理を施すことにより車両の真の走行方向θを得るよ
うにしている。尚、上記車輪速センサ（４）としては、
例えば、磁気抵抗素子、および磁気ベルトから構成され
るものを使用すればよいが、この構成の車輪速センサに
限定されるものではなく、他の構成の車輪速センサを使
用することも可能である。

さらに詳細に説明すると、両地磁気方位センサ（２）
（３）の取付位置はルーフ（11）に非常に近いのである
から、距離の２乗に反比例する磁界強度は、等価磁石
（12）に起因する成分が殆どであり、等価磁石（14）に
起因する成分は殆ど存在しないことになる。したがっ
て、以下の説明においては、両地磁気方位センサ（２）
（３）がルーフ（11）における等価磁石（12）の影響、
および地磁気の影響のみを受けているものと仮定する。

先ず、各地磁気方位センサ（２）（３）に対しては、等
価磁石（12）に起因する磁界（各地磁気方位センサ
（２）（３）が受ける磁束密度がG1,G2）、および地磁
気（磁束密度がＢ）が作用するのであるから、各出力巻
線からの出力信号は、第４図に示すように、 となる。但し、ａは方位円の半径の変化率（但し、ａ＞
０であり、地磁気正常時にはａ＝１である）であり、 であり、αは等価磁石（12）に起因する磁界が地磁気方
位センサ（２）（３）と交わる角度、すなわち着磁方向
である。

したがって、ルーフ（11）の着磁方向αは、 α＝tan^-1｛（Vy1−Vy2）／（Vx1−Vx2）｝ として算出される。

このように、ルーフ（11）の着磁方向αは、地磁気方位
センサ（２）（３）の各出力信号Vx1,Vy1,Vx2,Vy2に基
づいて算出される。

また、上記地磁気方位センサ（２）の方位円において、
着磁方向αに延びる直線L1と、車両（１）の走行方向に
延びる直線L2とは、原点および点（Vx1,Vy1）を起点と
した任意の長さをそれぞれr1,r2とすると、第５図に示
すように、 としてそれぞれ表される。

したがって、両直線L1,L2の交点においては、 の関係が成立することになり、両式から、 としてr1,r2を得ることができる。

この結果、地磁気方位センサ（２）の着磁量G1および方
位円の半径Ｒは、 として得られる。

このように、着磁量G1は、着磁方向αが地磁気方位セン
サ（２）（３）の各出力信号Vx1,Vy1,Vx2,Vy2に基づい
て算出されることから、各地磁気方位センサ（２）
（３）の出力信号Vx1,Vy1,Vx2,Vy2および に基づいて算出することができる。

また、方位円の中心座標（Ox1,Oy2）は、上記r1を示す
式を直線L1を示す式に代入することにより、 として得られる。

さらに、上記の演算において使用される を得る方法について詳細に説明すると、 地磁気方位センサの初期化を行なう場合であれば、 地磁気方位センサを初期化する地点と、その地点での車
両の方向とを固定し、この固定されている車両の方向を
地図またはコンパスなどを用いて予め測定しておくか、
或は、 地図マッチング方式のナビゲーションシステムまたはロ
ケーションシステムの場合には、初期位置設定時にその
地点の道路の方向から車両の方向を得ることにより、 を得ることができる。

走行途中において着磁補正を行なう場合であれば、 車輪速センサ（４）の出力に基いて車輪速の差を取得
し、この取得された差信号に基いて相対方位変化量を算
出し、この算出された相対方位変化量を直前の に加算することにより を得ることができる。

以上のようにして一方の地磁気方位センサ（２）の着磁
量G1、変化した方位円の半径Ｒ、および着磁方向αを得
ることができる。そして、車両の真の走行方位θは、上
記方位円の中心座標（Ox1,Oy2）および一方の地磁気方
位センサ（２）（３）の出力Vx1,Vy1に基づいて、 θ＝tan^-1｛（Vy1−Oy1）／（Vx1−Ox1）｝ として求められる。

尚、以上の実施例においては、地磁気方位センサ（２）
の出力に基いて、即ち、式 を使用することにより、最終的に車両の真の走行方位θ
を得るようにしているが地磁気方位センサ（２）（３）
の出力に基づいて、即ち、式 を使用することにより、最終的に車両の真の走行方位θ
を得るようにしてもよい。

また、上記実施例においては、 の場合についてのみ説明しているが、、 の場合には、以下のようにして着磁補正を行うことがで
きる。

地磁気方位センサの初期化を行なう場合 この場合には、初期化を行なうための車両（１）の向き
を複数個準備しておけばよく、何れかの向きにおいて の条件を満足する状態になるので、上記実施例のように
して地磁気方位センサの初期化を行なうことができる。

車両走行途中における着磁補正を行なう場合 この場合には、着磁補正を行なうことができないのであ
るが、 或いは であるから、地磁気方位センサの出力信号に基いてαを
算出することにより、簡単に車両の真の走行方位θを得
ることができるので、上記実施例の着磁補正動作を行な
うことができなくても不都合はない。尚、上記 或いは の選択については、例えば、車輪速センサからの出力信
号に基いて算出される現在進行方向の推定値を基準とし
て行なえばよい。

尚、この発明は上記の実施例に限定されるものではな
く、例えばフラックスゲート型地磁気方位センサ以外の
地磁気方位センサを使用することが可能である他、車両
以外の移動体に適用することが可能であり、その他、こ
の発明の要旨を変更しない範囲内において種々の設計変
更を施すことが可能である。

＜発明の効果＞ 以上のようにこの発明は、着磁が生じて地磁気方位セン
サによる検出方位が真の方位からずれた場合に、移動体
を円運動させることなく、移動体に取付けた複数の地磁
気方位センサからの出力信号、および移動体の推定走行
方位に基いて検出方位のずれを補償し得る補正値を算出
することができる。そのため、移動体の本来の移動をそ
のまま継続させることができるとともに、正確、かつ迅
速な位置検出を行なわせることができるという特有の効
果を奏する。

【図面の簡単な説明】 第１図は車両に対して２つの地磁気方位センサを取付け
た状態を説明する概略図、 第２図は地磁気方位センサの一種としてのフラックスゲ
ート型地磁気方位センサの構成を示す概略図、 第３図は着磁補正を施すための装置の概略構成を示すブ
ロック図、 第４図は各地磁気方位センサに対応する方位円の関係を
示す図、 第５図は着磁量の算出原理を説明する図、 第６図は着磁補正が行われない状態を説明する図。 （１）……車両、（２）（３）……地磁気方位センサ （４）……車輪速センサ、（５）……演算処理装置 （12）……等価磁石、（23）（24）（33）（34）……出
力巻線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 清水 修 大阪府大阪市此花区島屋１丁目１番３号 住友電気工業株式会社大阪製作所内 (72)発明者 清水 俊之 大阪府大阪市此花区島屋１丁目１番３号 住友電気工業株式会社大阪製作所内 (56)参考文献 特開 昭60−135814（Ｐ，Ａ) 特開 昭61−269014（Ｐ，Ａ) 特開 昭61−269015（Ｐ，Ａ) 特開 昭58−115376（Ｐ，Ａ)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】外部要因により着磁される構成部分を有す
   る移動体の、着磁方法が互いに同一で、かつ上記着磁に
   起因する磁束密度が互に異なる位置にそれぞれ地磁気方
   位センサを取付け、各々の地磁気方位センサからの出力
   信号Vx1,Vy1,Vx2,Vy2に基き、 α＝tan^-1｛（Vy1−Vy2）／（Vx1−Vx2）｝ により着磁方向αを算出するとともに、一方の地磁気方
   位センサからの出力信号Vx1,Vy1と とに基き、 により着磁量G1を算出し、算出された着磁方向α、およ
   び着磁量G1に基いて方位検出信号を補正することを特徴
   とする地磁気方位センサの着磁補正方法。
2. 【請求項２】上記 は、上記移動体が車両である場合、下記（ａ），（ｂ）
   または（ｃ）に記載されたいずれかの方法により求めら
   れるものであることを特徴とする上記特許請求の範囲第
   １項記載の地磁気方位センサの着磁補正方法。 （ａ）車両の走行前において、地磁気方位センサを初期
   化する地点とその初期化する地点での車両の方向とを固
   定し、この固定されている車両の方向を地図またはコン
   パスなどを用いて測定する。 （ｂ）車両の走行前において、地図マッチング方式を利
   用するナビゲーションシステムまたはロケーションシス
   テムの初期位置設定時にその初期位置の道路の方向を採
   用する。 （ｃ）車両の走行時において、車輪速センサの出力に基
   づいて車輪速の差を取得し、この取得された車輪速の差
   に基づいて相対方位変化量を算出し、この算出された相
   対方位変化量を直前に求められている車両の推定走行方
   位に加算する。