JPS599510A - 方位検出装置 - 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】 本発明は、自動車等の進行方向を検出することに用いら
れる方位検出装置に関し、さらに詳しくは、車体等に生
じる着磁が大きくなった場合にのみ、信号増幅器の飽和
を防止するためゲイン制御するようにして、精確かつ高
感度の方位測定を可能にした方位検出装置に関する。

従来の方位検出の手法を述べる。

第１図に示す様に、ｘ軸の正の向きを車の進行方向とし
、水平面上でかっ、車両１に固定した直角座標系ｏ−ｘ
ｙを採る。磁気センサ２はｘ軸方向の磁場成分を検出す
る磁気センサ索子２ｘと、ｙ軸方向の磁場成分を検出す
る磁気センサ索子２ｖとを有し、画素子は相互に直交す
るように車両に固定されている。今、地磁気の水平分力
を汀とし、そのＸ及びｙ成分をそれぞれ１−ＩＸ、Ｉ」
ｌ／とする。

地磁気の水平分力Ｈの向きは、図示の如くｘ軸の正の向
きに対してθ０だけｙ軸方向に傾斜してぃ−２− る。即ち、車の進行方向番よ、北（Ｎ）からθ０東（Ｅ
）に傾斜しているとする。この地磁気の水平分力Ｈは、
全く同一の特性を有するＸ方向成分を検出する回路系及
びｙ方向成分を検出する回路系によってそれぞれｘ、ｙ
磁場成分１−Ｉ　Ｘ　、　ｌ−Ｉ　Ｖが測定される。Ｈ
Ｘ、１−１ｙは、θを使って次式で表わされる。

ＨＸ＝ｌＦＴＩＣＯ８θ・・・（１） ＨＶ＝ｌＦＴｌｓｉｎθ・（２） 従って、車の進行方（Ｏを表わす０番よ、θ−ｔａｎ　
　１　　（ｌｉｙ　／Ｉｌｘ　）によって求めることか
でき、車の進行方向が１にから東へ何度傾斜しているか
が分る。

そして、中゛の進ｉ−ｊ　７ｊ　ｌ／ｌｌが北、東、南
、西の順に一回転りるど、測定されｌこ地磁気の水平分
力Ｈのベタ１〜ル軌跡Ｉｔ、Ｏ−ｘｙ座樟系を固定して
考えると、第２図に示ず様に、原点を中心とする半径ｒ
−１ＦＴ１の円周上５を反１１．’ｎ　Ｍ１回転方向に
回転する。

ところが、現実には、地磁気による磁場だけでなく、そ
の他の原因にＪ、って生じる！ｉ場があり、−３一 方向検出手段で検出される全体の磁場ベクトルＨｓ　ｔ
、ｔ、１ｒｉｓ　＝ｐ＋ＦＴｃ　ト表ワさレル。タタシ
、ＨＣは地磁気以外の原因によって生じる磁場の水平分
力である。さらにＦＴＣの原因を調べてみると、車両の
着磁に起因して生じる磁場がある。その磁場の水平分力
をＨｒとし、それ以外のものをＦＴａとすると、ＦＴＣ
＝ｉｒ　＋ｉ：ｊａである。ここで１４ｒの性質を調べ
てみる。車両は、一般に鉄等の強磁性体で、磁気的に硬
質の材料でできている。このため、外部磁場によって容
易に帯磁し、残留磁気を生じる。代表的には、直流送電
線の下を通過した時等に帯磁し易い。又、車両の表面電
流によっても帯磁し易い。この車両の帯磁によって方位
検出センサ付近に表じる磁場は、車両に固定された座標
系ｏ−ｘｙによって一意的に表わされる。このため、車
両の回転には依存しない量である。即ち、車両に固定さ
れた方位検出センサからみれば、地磁気の水平分力は、
車両の回転に対して、交流的に変動する交流成分である
のに対し、該帯磁による磁場の水平分力Ｈ「は車両の回
転には依存しな−　　４　− い直流成分である。このため、車両が一回転する間にｐ
ｒが不変、のときは、両者を合成した観測される磁場ベ
クトルのベタ１−ル軌跡は、第２図に示１様に円の中心
が［ｆｒ−（’ある半径ｒ＝Ｎ’ＴＩの円７を描く。即
１）、−一ノの外乱がない場合のベクトル軌跡を１１ｒ
だ各」平行移−Ｊしたものとなる。さらに現実には、車
外の地磁気以外の空間磁場Ｈａの影響を受１ノ（、複雑
に影響する。しかし、車両が走行している場合において
時間的に見れば、車両の一回転周期に比して一般に、Ｆ
Ｔａは短時間のしよう乱であるのに対し、ＨｒＧよ、一
旦磁化すると消磁するまで残るから、長時間のしよう乱
となる。

従ってＨｒを補償【）てｊｌ　Ｍｌ’に地磁気の水平分
力Ｈだｔｊを求めて、方位を検出することが課題となっ
ている。

ところで、地磁気の水平分力Ｈの大きさは、坤想的には
、時間に対して不変一定であるのに対し、帯磁によるｉ
ｒは、時間的に一般的には長周期で大きく変動する。こ
のため、信号増幅器のダイナミックレンジは、広くとる
必要がある。

−５− 一方測定感度を大きくとるためには、測定回路系におけ
る増幅器の増幅度を大きくとる必要がある。しかし、増
幅度を大きくとると、車両着磁量が太き（なると、検出
される入力信号レベルが大きくなって、増幅器が飽和し
てしまう。これを防止するため、従来の方向検出手段は
、増幅率を小さく制限し感度を犠牲にしていた。

本発明は、以上の欠点を改良する目的でなされたもので
あり、着磁量を検出信号から算出し、この値が所定の値
よりも大きくなった場合には、増幅回路の飽和を防止す
るために、増幅度を小さく切替え、前記着磁量が、所定
の値よりも小さいときは、大ぎな増幅度にＪる様にする
ことによって、感度を大きくし、かつ飽和を防止する様
にすることを目的とする。

即ち、本発明は、磁場ベクトルの水平分力を検出する磁
気センサと、該磁気センサによって検出された信号を増
幅する増幅回路手段と、該増幅回路手段の出力信号を入
）〕し、該信号から地磁気の水平分力を算出することに
よって方位を求める処−〇　　− 理装置と、その結果を表示Ｊる表示装置とからなる方位
検出装置において、 前記処１！！装置は、前記磁気［ンリによって検出され
た磁場ベクトルの水平分力のうちで、前記磁気セン９−
の面する方位に無関係な水平分力を選別し、該方位に無
関係な水平分）〕の大きさが、所定の値以上に達したと
きは、その旨の制御信号を送出する機能を有し、 前記増幅回路手段は、処理装置からの前記制御信号を受
信するように接続されており、該制御信号を受信したど
きは、該増幅回路手段の信号増幅度を低増幅度に切替え
うる増幅度切替え手段を有することを特徴とする方位検
出装置から成る。

ここで磁気センサとはフラックスゲート磁ノ〕計、ある
いはホール素子又は磁気抵抗素子を利用したセンサが使
用できる。該磁気センサは、水平面上に通常相互に直交
する方向に２つの素子が配置される。そして、その方向
の磁場ベクトル成分がそれぞれのセンサによって検出さ
れる様になっている。しかし、必ずしも２つの磁気セン
サ索子は直−７＝ 交して配置する必要はなく互いに独立な２つのベクトル
方向に配置して後で補正処理を行なって磁場ベクトルの
大きさ、あるいは方向を求めることも可能である。又、
ここで増幅回路１段とは、一般に周知の交流信号増幅回
路手段なら全てのものが含まれる。処理装置とは、上記
の出ツノ信号を入力し、その処理装置に必要な信号に変
換する回路部、該信号等を記憶する回路部、演算を施す
演算部、回路間の制御のタイミングをとる制御部等を含
むものとする。又、前記磁気センサの面する方位に無関
係な水平分力とは、一端に車両に＠磁しに着磁ベクトル
の水平成分をいうが、必ずしもそれのみに限定されるも
のではなく、前述した測定信号のムク１−ル軌跡のうち
で車両が一回転した場合にその変動しない成分をいう。

前述ではＦｒｒベク１〜ルとして記載されているもので
ある。又、その方位に無関係な水平分力を選別する方法
としては、前記の測定信号のベクトル軌跡が円になると
いうことからその円の中心を求めるあらゆる方法を利用
することができる。例えばＸ方向成分を検−８− 出した信号のうらτ°、最大なものと最小なものを記憶
しておき、それの相加ｉ１［均値と、■方向成分につい
て同様に処理した平均値をもってムク１−ル軌跡の中心
を求めることが可能である。又、測定されたずべての信
号の相加平均として直流分を求めることができる。さら
には測定データを最小二乗近似法によって円の方程式を
求め軌跡の円の半径を求めベクトル軌跡の円の中心を求
めることができる。その他、一般的に円の中心を求める
数学的な方法を用いることができる。又、ここでは、車
両が一回転する間に即ち、ベクトル軌跡が一回描かれる
間に肴ｒａｍは大きく変化しないということを仮定して
いる。また、増幅回路手段の増幅度とは増幅回路手段を
ブラックボックスと考えた場合にお１）る入力電圧に対
する出ツノ電圧の比をいう。

従って増幅回路素子自体の増幅率を変化する方法、ある
いは入力信号レベルを低下させる方法等が増幅度の切り
かえ手段として用いることができる。

又、切り替え手段自体には、リレー又はアナログスイッ
チ等を用いることができる。

−９− 以下、本発明に係る処理装置の主要部にマイクロプロセ
ッサを利用したディジタル−］ンビュータを使ったー具
体的実施例に基づいて本発明を詳しく述べる。

第３図は方位検出装置全体の構成を示したブロックダイ
ヤグラムである。磁気センサ２の出力信号は、増幅回路
手段４に入力し、増幅後処理装置６に入ツノし、信号処
理の後表示装置８に出ノ〕される。

まず磁気セン＋Ｊ２の構成について説明する。

第４図は、本実施例において使用されたスラックスゲー
ト型の磁カヒンサ２を示したものである。

磁性的に硬質の材料でできた環状コア１３の一部に励振
コイル１４が施されており、励振コイル１４の両端は、
発振器１５に接続され周波数Ｆの交流信号によって励振
されている。一方、環状コア１３の１つの直径方向に巻
かれた出ノｊ」イル１０及びそれに垂直な方向に巻かれ
た出力コイル１１が配設されている。出力コイル１０（
よ、そのコイルの軸は、ｘ軸方向に向き、車両の進行方
向に配−１０− 段されている。又、出ノＪ−１１イル１１の軸番よ、ｙ
軸方向に向き、車両の進行方向に垂直である。そして、
出力コイル１０は磁場ベク１ヘルのＸ方向成分を検出し
、出ノ〕コイル１１（よ磁場ベク］〜ルのｙ方向成分を
検出Ｊる。

ここにおいて７ラツクスゲート型の磁力側は良く知られ
ているように励振周波数Ｆによって容易に飽和されるよ
うに構成されており、その２次巻線である出力コイル１
０及び１１にはひずみ波形が生じる。そして、そのひず
み波形の第２高調波の振幅はフラッフスゲ−１〜型の磁
力セン４」−２に印加された直流磁場の大きさに比例し
ている。

次に増幅回路手段について述べる。

出力コイル１０の両端には、それに並列に」ンデン１ノ
２０及び抵抗３０が接続されている。出力コイル１０と
コンデンナ２０によって同調回路を構成し、励振周波数
の第２高調波に同調するように構成されている。その同
調された出力信号は、演算増幅器４０に入力する様にな
っている。演算増幅器４０は、着磁成分が小さい場合に
は、抵抗−１１− ３２，３４によって決定される大ぎさの増幅度を有して
いる。一方、着磁成分が大き（なった場合には、抵抗３
６を抵抗３４に並列に接続し、増幅度を低下させるよう
に構成しである。スイッチ５０は、アシログスイッチ、
あるいはリレー等で構成されている増幅度切替手段であ
る。

次に処理装置６について述べる。

演算増幅器４０の出力信号番、寡、ザンプルホールド回
路６０に入力し、ここでその出力信号のピーク値をサン
プルホールドする。そのピーク値をサンプルホールドし
て直流レベルで表わされた磁場成分は、ＡＤ変換器６２
に入力し、デジタル信号に変換されてコンピュータシス
テム６３に入力Ｊ−る。同様にコイル１１によって検出
されたｙ成分信号も、前述のＸ成分を検出すると回路系
と全く同様に構成されている。コンピュータシステムの
処理は後で詳しく述べるが、コンピュータシステムにお
いて計算した結果、着磁量が所定量よりも大きい場合に
はスイッチ５０及び５１をオンさせる信号を送出し、増
幅度を低下させる。一方、コー　　１２　− ンビコータシステム６３　ＧＪ、表示装置８を駆動し、
車両の進行方向の表示を行なう。一回転補正スイッチ６
４は、車両を一回転させて着磁成分を求めるための、動
作開始信号を与えるスイッチである。

一回転補正スイッチ６４の動作信号は、フリップフロッ
プ６５に記憶され、コンピュータシステム６３にその情
報が入力され、所定の処理を行なう様になっている。

次にコンビ１−タシスデ７＝％Ｇこおいて処理される過
程を第５図のフローチャーｉ−に基づいて説明する。ス
テップ１１０において、あらゆるパラメータの初期設定
がなされる。次のステップ１２０に進み一回転補正スイ
ッチ６４がオンであるかどうか判定する。オンの場合に
は車両を一回転させて着磁成分を求めることを意味して
いる。ステップ１３０においては、各方位の信号を入力
１−る。即ち、測定信号の磁場ベクトルのｙ成分が零と
なる測定値のＸ成分をＸｅ　、ＸＷとして読み込む。同
様にＸ成分が零となる測定値のｙ成分をＹｎ、ＹＳとし
てよみ込む。第６図はこれらの値を表示し−１３− た説明図である。そしてステップ１４０において、それ
らの値の平均値を次式により求める。

Ｘｅｒ−（Ｘｅ　十Ｘｗ　）　／　２−＝・−＝　（１
）Ｙｅｒ＝　（Ｙｎ　＋Ｙｓ　）／２・・・・−・＝　
（２）この様にしてベクトル軌跡の円の中心（Ｘｅｒ。

Ｖｅｒ）が求まったことになる。ステップ１５０では、
中心ベクトルの大きさを算出する。Ｈｒの値が磁気セン
サの方位に無関係な直流成分である着磁量を表わす。そ
してステップ１６０Ｉこ移りその値Ｈｒが所定の（ｆｉ
　Ｃｈよりも大きいか否か判定１−る。ここでｃｈの値
は、現在の増幅回路が高増幅度にあるか、低増幅度にあ
るかに応じて異なった値に設置されている。所定の値よ
りも大きい場合にはステップ１７０に移りハイレベルの
着磁信号を出力する。これは＠磁ベクトルが所定の値よ
りも太き（なっていることを意味する。又、所定の値よ
りも小さい時にはステップ１８０に移りロウレベルの着
磁信号を出力する。これは着磁ベクトルが所定の値より
も小さいことを意味する。そして、該信号を出力してス
テップ１９０においてｍ−１４− 回転指令のためのフリップ７０ツブ６５をリレットづる
。ステップ１７０及びステップ１８０で出力された信号
に応じて演粋増幅器４０及び４１の入出力に接続された
帰還抵抗３６及び３７を導通及び非導通にすることによ
って、それらのｓｔｅｗ増幅器の増幅度を変化させる。

又、ステップ１２０において一回転スイッチが押されて
ない場合には＠磁ベク１ヘル、即ちベクトル軌跡の中心
がすでに求まっている訳であるからステップ２００にＪ
３いて方位ＭＷを行なう。そして、ステップ２１０に移
り、そのステップ２００で求めた方位を第７図に示ず様
な点燈表示翳１で北の方位を表示する。

以上の実施例において処］！Ｉ！装置は、主にディジタ
ル信号を取り扱うコンビコータシステムによって実現し
たが必ずしもそれらに限定されるものではなく、本発明
は、前記の様な思想に基づくものであるから他のアナロ
グ回路、及びアナログとディジタル回路の混合回路等に
よっても実現することが可能である。

以上、要するに本発明は、磁気検出レンジによ−１５一 つて検出された信号のうちで車の方位に無関係な磁場成
分を検出しその磁場成分が大きい場合には交流信号増幅
器の増幅率を低く押さえることによって回路が飽和する
のを防止したものである。そして、方位に無関係な磁場
成分が小さい場合には大きな増幅率で増幅し、感度を合
せて大きく保つ様にしたものである。従って本発明装置
によれば、方位検出の感度を減少させることなく、かつ
、着磁が大きくなっても回路を飽和させることがない。

よって精確な方位の検出ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は磁場ベクトルの水平分力を検出する
原坤を説明する説明図である。第３図は、本発明に係る
一実施例の方位検出装置の全体を示す構成図である。第
４図は同実施例において使用した磁気センサの構成図で
ある。第５図は同実施例において使用した」ンビュータ
システムの処理を示すフローヂャー１へである。第６図
は、ベクトル軌跡の中心を求める方法を示した説明図、
第７図は方位を表示する表示装置の平面図である。 ＝　　１６　　＝ １・・・車両　　　　　　　２・・・磁気レンジ４・・
・増幅回路手段　　　６・・・処理装置８・・・表示装
置　　　　１０．１１・・・出力コイル５０．５１・・
・アナログスイッチ ６３・・・コンピュータシステム 特許出願人　　日本電装株式会社 代理人　　弁理士　　大川　宏 弁理士　　原書　修 弁理士　　丸山明夫 −１７− 第１図 第４図 第６図 第７図 ５５−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ！＆磁場ベクトル水平分力を検出する磁気はンすと、該
   磁気センサによって検出された信号を増幅する増幅回路
   手段と、該増幅回路手段の出力信号を入力し、該信号か
   ら地磁気の水平分力を算出することによって方位を求め
   る処理装置と、その結果を表示する表示装置とからなる
   方位検出装置において、 前記処理装置は、前記磁気センサによって検出された磁
   場ベクトルの水平分力のうちで、前記磁気センサの面す
   る方位に無関係な水平分力を選別し、該方位に無関係な
   水平分力の大きさが、所定の値以上に達したときは、そ
   の旨の制御信号を送出する機能を有し、 前記増幅回路手段は、処理装置からの前記制御信号を受
   信するように接続されており、該制御信号を受信したと
   きは、該増幅回路手段の信号増幅−１一 度を低増幅度に切替えうる増幅度切替え手段を有するこ
   とを特徴とする方位検出装置。