JPS61502414A - 運輸体の電子コンパスの角度誤差補正方法 - 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】 従来の技術 本発明は、特許請求の範囲第１項の上位概念に記載の、電子コンパスを用いて運 輸体（以下自動車を例として説明する）の走行方向をめる際の角度誤差を補正す るための方法から出発している。ドイツ連邦共和国特許第２７５４８８８号明細 書から、ナビｒイションシステムにおいて自動車の走行方向は２軸線磁力針によ ってめることができ、磁力計の出力信号は自動車における妨害磁界を補償するた めに補正ユニットに供給され、この補正ユニットにより出力信号の零点シフ）を 行ない、同時に出力信号の１つを比例して変化させる。この解決策では、自動車 において固定ベクトルを有する妨害磁界が存在しかつこの磁界は自動車の車体に よって自動車の配向に応じて多かれ少なかれじゃへいされる地磁気と重畳されて いることから出発している。走行方向を示す基準となる地磁気は水平線に対して いわいろ伏角に基いて上方から地表面に向かって斜めに発生するので、走行方向 をめる際、磁力計の一方の軸線が走行方向に配置されており、他方の軸走行平面 内にある、地磁気成分のみしか磁力計によって検出されない。電子コンパスが固 定的に組み込まれている場合、自動車が水平な区間を走行している限りは測定誤 差は発生しない。しかし上り坂また１よ下り坂では、電子コンパスにおける走行 方向の測定の際には、上り坂または下り坂に応じしかも走行方向に依存して３０ °までをとるｏｆ舵性がある角度誤差が発生する。

この角度誤差を避けようとする場合、出力針は、磁力計の軸線が登板走行および 降板走行においても水平な平面内にあるように、コストがか一つかつ障害を受け 易いカルダン懸架装置を有していなければならない。

しかしこの場合カーブ走行、自動車の加速または減速の際に測定誤差が発生する 。

本発明の解決法によれば、自動車のシャフトの傾きに依存する角度誤差ｔｍ半な 方法で補償しようとするものである。

本発明の利点 特許請求の範囲第１項の特徴事項を有する本発明の方法は、電子コンパスの測定 精度が、傾きに依存する角度誤差の補償によって著しく改善されるという利点を 有する。別の利点として挙げることができるのは、磁力計をその軸線について定 置に固定して自動車内に組み込むことができることである。カルダン懸架装置は 使用されない。

特許請求の範囲の実施態様環に記載の構成によって、特許請求の範囲第１項に記 載の特徴の有利な実施例および改良が可能である。傾き角度を、自動車内に支承 されている物体の重力加速度および勾配抵抗（Ｈａｎｇａ−ｂｔｒｉθｂｓｋｒ ａｆｔ　）をめると特別有利である。この場合自動車の加速筒たは減速による測 定誤差を回避するためＶＣさらに、自動車の傾き角度（Ｖ）を電子コンパスの評 価回路において弐ｓｉｎマ＝（ａ’−ａ）／ｇから計算することが提案される。

その際ａ′は、物体において走行方向に作用する全加速度であり、Ｃは走行方向 における加速度でありＸ　ｇ　Ｆｉｉ力加速度である。その際自動車の、走行方 向における加速度は有利には評価回路において走行速度発生器の信号変化からめ られる。

図面の簡単な説明 本発明の実施例は図面に図示されておりかつ引続く記述において詳しく説明する 。第１図は、傾きに依存する角度補正を用いて自動車の走行方向を本発明により めるための電子コンパスのブロック回路図を示し、第２図は登板する自動車を含 んでいる座標系を示し、第３図は、磁力計によって測定される磁界ベクトルを有 する自動車の図であり、第４図は、自動車の走行方向と関連した角度誤差を道路 勾配に依存して表示する線図であり、第５図は、測定された北方向および実際の 北方向全自動車シャフト（長手軸線）と関連付けられた座標系ＶＣおいて示す図 であり、第６図は、自動車の傾き角度測定装置の略図であり、第７図および第８ 図は、第１図の電子コンパスの動作を説明するフローチャートの図である。

実施例の説明 第１図には、ナビデイションのために自動車に固定的に組み込１れている電子コ ンパスのブロック回路図である。電子コンパスは、検出器１０、評価回路１１、 傾き測定装置１２および指示部１３から成る。例えば乗用車（第６図）の屋根の 下中央に取り付けられている検出器１０は、時間的にコード化された信号を発生 する磁力針を含んでいる。磁力計は、２つのセンサを備えている。センサは磁界 センサそれぞれに対【７で１つの電流供給部および信号成形段と一緒に検出器１ ０内に収容されている。評価回路１１は実質的に、入力側に検出器信号が供給さ れるマイクロコンピュータによって実現される。自動車の走行方向の検出の際の 傾きに依存した角度誤差を補正する本発明の方法金わかり易（する丸めに評価回 路１１は、記憶段１４、補正されていない方位プの計算のための計算段１５、自 動車のシャフト（長手軸線）の傾きをめるための別の計算機段１６、補正または 校正ｔをめるための補正段１Ｔ並びに角度補正のための別の計算段１８に分けて 図示されている。補正段１７の種々の入力側を介して固定の方位ψ。、固定の傾 き角度マ。ｆ、念は地磁気旦θの伏角αを校正量として評価回路１１に入力する ことができる。計算段１８の出力側は、その他の情報の他に、自動車の走行方向 を指示することができる指水都１３に接続されている。

第２図ＩＣは、斜面にある自動車１９が座標系において図示されている。この座 標系は、水平方向の軸Ｘ。

および番直方向の軸２゜？有する。斜面は水平方向の軸Ｘ。Ｋ対し℃角度ｖ’６ 形成する。第２図はその他に、平行な矢印によって、自動、Ｉ［１９に作用する 地磁気Ｈｅの方向を示す′。地磁気Ｈθは水平方向の面に対して、数百キロメー タの範囲において実際には変わることがない伏角αを形成する。地表面における 同じ伏角を有する地点を結ぶ線は、等伏角線と称される。それは、ナビデイショ ンの教本において地図に書き込まれ又いる（参考になるのＨＨ・ビル、Ｂ・クシ ンスキイ、Ｌ。

ウーリヒ著１ライトファーデン・デア・ナヴイがテイオンーテレストリツツエ・ ナヴイガテイオン”、交通局トランスプレスＶＫＢ社刊、ベルリン、（１９６８ 年）（Ｔ（、Ｂｉｒｒ、　Ｓ、　Ｋｕｓｃｈｉｎｓｋ７．　Ｌ、σｈｌｉｇ　＠ １＋ｅｉｔｆａｄｅｎｄｅｒ　Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ　−Ｔｅｒｒθｓｔｒ１ｇ ｃｈｅ　Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ、　’　。

Ｔｒａｎａｐｒｅｓｓ　ＷＥＢ−４ｅｒｌａｇｆｕｅｒ　Ｖｅｒｋｅｈｒｓｗｅ ｓｅｎ、　Ｂｅｒｌｉｎ、、）。

第３図には自動車１９が平面図ｔＣて図示されている。

走行方向をめるために検出器１０はその・一方のセンサ軸線が自動車のシャフト 上にあり、他方のセンサ軸線ｙがこのシャフトを横断する方向にあるように配向 されている。その際検出器１０は、検出器に作用する磁界ベクトル旦のＸおよび Ｙ成分を測定する。磁界ベクトルは、固定の妨害磁界ベクトル旦ｅおよび地磁気 ベクトル旦０から組み合わされている。破線で示すよ５に：、検出器１０におい て作用する地磁気ベクトル旦ｅは自動車１９０回転の際自動車におけるじゃへい 効果によってその場所に楕円の円線図Ｏを描く。妨害磁界旦８並びに円線図Ｏの 位置および形状は校正測定によってめられかつメモ！Ｊ１４１Ｃ一定量として格 納されるので、電子コンパスによって、地磁気旦ｅの方向が、磁気旦のベクトル を検出器１０に、よって周期的に測定することによって、ベクトル式を介してめ られる。

第４図には、種々異なった勾配マに対する線図において基準方位Ｎｆ、有する走 行方向に依存し℃、方位の指示に対してその際発生する角度誤差Δψが図示され ている。その際第５図に示すように、角度ψは自動車シャフト方向Ｘおよび北方 向との間の角度を形成する。

線図（第４図）から、水平面を走行する自動車においては角度誤差が発生せずか つ北西方向における上りまたは下りの勾配区間におい℃最大の角度誤差が発生す ることがわかる。その際１０優の勾配区間Ｃ”ｌ’：：６°）において既にΔψ ｚ１６°が発生する可能性がある。

この種の角度誤差Δψを補償することができるように、傾き測定装置１２によっ て循環的に自動車シャフトの傾きを検出しなければならない。そのために第６図 に略示されているように最も簡単な場合姿勢検出器２０が使用される。姿勢検出 器は自動車内に取付けられている物体２１から成っている。物体は定置の台２２ に載置されかつ側方は２つの圧力センサ２３゜２４によって保持されている。台 ２２は、自動車の走行平面内にあり、一方圧力センサ２３は走行方向に見てこｔ ｔ、に対して垂直に物体２１の後方に配設されており、圧力セン＋ｊ２４は物体 ２１の前方に配置されている。第２図に図示されている、物体２１に加わる加速 度の力の平行四辺形から、下り坂または上り坂にＩ６じて圧力センサ２３筐念は ２４によって測定される勾配抵抗加速度（Ｈａｎｇａｂｔｒｉｅｂｓｂａｓｃｈ ｌｅｕｎｉｇｕｎｇ）　ａおよび物体２１ｖｃｍ直方向において加わる周知の重 力加速度五が生じる。自動車１９が加速されるかまたは制動されると、物体２１ に付加的にさらに、勾配抵抗加速度旦と同じかまたは反対の方向に作用する加速 度ないし制動力出立が発生する。それ故に瓜カセンサ２３および２４によって送 出されかつ評価回路１１に供給される信号は、次の式から明らかである、物体２ １に走行方向において作用する全加速度ｙを表わす：ａ’＝　ａ　＋：ｃ 自動車１９が停止している場合または一様な速度で走行している場合物体２１に 作用する加速度ｃ　＝　Ｑである。その際勾配マに対して次の式が成立つ：ｓｉ ｎマ＝ａ／ｇ（ａ＝ａ’） これに対して自動車１９の加速筐たは減速の際姿勢センサ２０によって測定され る全体の加速度ａ′は、加速変車だけ補正されなければならない。この加速度の 検出は、最も簡単な場合には走行速度発生器２５１九は回転速度計信号によって 行なわれる。走行速度信号は評価回路において微分素子に供給されて、信号変化 、したがって加速度ないし減速方立に対する量を得る。

計算段１６におい℃、このようにしてめられた量から次の式： ％式％ にしたがって勾配Ｖをめることができる。

ところで第７図のフローチャートを用いて、傾きに依存した角度誤差の補正が行 なわれる自動車１９の走行方向をめるための方法を詳細に説明したい。評価回路 １１のプログラムのスタート後第１７″ログ−ラムステップ２６において、評価 回路１１において既に校゛正量Ｅが記憶されているかどうかが検査される。また そうでない場合には、プログラムステップ２Ｔにおいて補正段ＩＴを介して地磁 気の伏角αが入力されかつそれから記憶段１４に格納される量Ｅが形成される。

その際自動車が走行する領域に対する伏角度αは最も簡単な方法においては等伏 角＃！を備えている地図から読み取って、入カキ−を介して評価回路１１に入力 することができる。それから別のプログラムステップ２８において、傾き測定装 置１２を用いて全加速度ａ′および瞬時の走行速度Ｖが測定されかつその値は６ １１１定信号として評価回路１１に供給されかつそこで一時記憶される。次のプ ログラムステップ２９において評価回路１１０針算段１６によって次の関係式： ％式％） から自動車の傾き角度がそのシャフトに関してめられかつ一時記憶される。その 際速度変化ａｙ／ａｔは、測定された速度Ｖと一時記憶された先行の速度との差 をそれに対して必要だった時間によって割算することで決められる。次のプログ ラムステップ３０において検出器１０＆？：よって測定された、成分Ｈｘ、Ｈｙ ｆ有する磁界Ｈが評価回路１６の計算段１５において読み込まれかつステップ３ １においてメモリ１４に格納された、地磁気Ｈθ（第３図）の円巌図０の値から 次の関数式： ％式％） にしたがって、自動車１９の、方位化に対して補正されていない方位がめられる 。それからこの方位ダ、測定された傾き角度マおよび校正量Ｈを用いて、プログ ラムステップ３２において計算段１８１Ｃより次の関係式： ％式％） にしたがって、自動車１９に対する補正された方位がめられる。それからプログ ラムステップ３３においてこの値は指示部１３に供給される。その際指示部１３ は配風図の形式により走行方向が矢印によって指示されるかまたは走行方向が前 以って決められた目的地との関連において指示される。

それから出力後にプログラムは再びプログラムステップ２８に戻り、そこで新た に傾斜角度Ｖをめるために、傾＠創定装置１２のデータが評価回路１１に読み込 まれる。

このプログラムステップ並びに後続のステップ２９ないし３３ＶＣおいてプログ ラムが循環的に実行され、その結果走行方向および自動車のシャフトの傾斜のそ の都度の変化が相応に補正される。

＠１図の評価回路１１により℃、伏角の入力を行なわずにその代わりに、自動車 １９によって校正ａｌｌｌ定を行なうこともできる。この目的のために自動車１ ９はそのシャフトが所定の方位、例えば東の方向に、所定の傾斜角度、例えば１ ０°で設置される。それから第７図のプログラムステップ２７に：おいて伏角の 入力に代わって、第８図によれば第１のステップ２７ａにおいて、自動車が方位 ＮＫ対し℃とっている方位ψ。＝９０°および傾斜角度！。；１０°が評価回路 １１の補正段１７において入力される。このために最も簡単な方法においては、 自動車が前以って決められ次位置をとり九とき、較正キー・を抑圧することがで きる。次のステラ７’２７ｂにおいて自動車１９の較正位置にて検出器１０によ ってそこに作用する磁界Ｈ０が測定されかつステップ２７ｃにおいて計算段１５ によってこの測定量から方位ψ６がめられかつ記憶段１４に格納される。それか らステップ２７ｄにおい℃入力されたデータψ。、ｖｏおよび測定された方位ψ ６から補正段１７において較正量Ｅが次の関係式： ％式％） にしたがってめられかつ記憶段１４に記憶される。

それから走行期間中に走行方向が第７図に図示のフローチャートにしたがってス テップ２８ないし３３によって循環的にめられかつ指示される。

本発明は、図示の実施例に限定されるものではない。

というのは走行方向を検出するためのこの種の電子コンパスは航空機にも、船舶 に対しても使用す・ることかできるからである。さらにコンパスは単に、走行方 向を検出するばかりでなく、非常に一般的に、例えば固定的に前以って決められ た出発地点から所定の目的地まで操縦されるべきである自動車の大ビディション のためにも使用することができる。このような場合例えば走行速度発生器の信号 が、コンパスによってめられた走行方向と一緒に、自動車１９のその都度の所在 地をめるために利用される。自動車の傾きをめるために付加的に、相応に構成さ れた評価回路を用いて距離信号と一緒に自動車のその都度の所在地高度も計算さ れかつ指示される。しかし高度情報を後から較正する九めに、時々前以って決め られた高度基準点が入力されるべきである。

また、第５図に図示の姿勢検出１５２０に代わって、振子または自動車の傾きを 測定するための別の装置を使用することもできる。また物体２１に対する台２２ を圧力センサとして構成することもできる。これにより、制動力または加速度が 走行面に対して平行にある圧力センナに作用せず、それ故にこのセンナにおける 測定信号の変化を自動車の傾きをめるために直接使用することができるという利 点が生じる。しかしこの種の圧力センナは走行路等における凹凸による衝撃に対 してスプリング金偏えなければならない点で不利である。

ＦＩＧ。６ 国際ｉｌｌ査報告 ＡＮＮＥｌｘＴＯ′ｒＩＡ！：　ＩＮ丁ＥＲＮＡτｌ０ＮＡＬ　ＳＬυ１０ｍ（ ＲＥＰＯＲＴ　０ＮＵＳ−Ａ−３６２１５８４２３／１１／７１　Ｎｏｎｅ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. １．運輸体に固定的に配設されている磁力計および該磁力計に接続されている評 価回路を有する電子コンパマスを用いて運輸体の進行方向を求める際の角度誤差 を補正する方法であつて、前記磁力計では、２つの水平方向に配置されたセンサ が磁界を測定するために相互に直角な関係にある軸線上に配置されており、前記 評価回路において測定された磁界に依存する信号が、進行方向を計算するために 検出される形式のものにおいて、運輸体（１９）の進行方向の長手軸線（Ｘ）傾 斜（Ψ）に依存している、進行方向の角度誤差（Δ■）を補償するために、まず 地磁気（Ｈｅ）の伏角（α）を校正量（Ｅ）として評価回路に入力しかつ記憶し 、かつ引続いて傾斜測定装置（１２）によつて、運輸体の傾斜角度（■）を循環 的に求めかつ最終的に評価回路（１１）において磁力計（１０）から発生される 電気信号を用いて計算される進行方向（■′）並びに校正量（Ｅ）および計算さ れた傾斜角度（Ψ）から関数式（■＝ｆ（Ψ、■′、Ｅ））にしたがつて補正さ れた進行方向を求めることを特徴とする角度誤差の補正方法。
2. ２．傾斜角度（Ψ）を、運輸体（１９）に支承された物体（２１）の重力加速度 （ｇ）および勾配抵抗加速度（ａ）かち求める請求の範囲第１項記載の方法。
3. ３．傾斜角度（Ψ）を評価回路において式ｓｉｎΨ１＝（ａ′−ｃ）／ｇにした がつて計算し、その際ａ′は物体（２１）に進行方向において作用する加速度、 ｃは運輸体（１９）の、進行方向における加速度およびｇは重力加速度である請 求の範囲第２項記載の方法。
4. ４．量ｃを、評価回路（１１）において進行速度発生器（２５）の信号変化（ｄ ｖ／ｄｔ）から計算する請求の範囲第３項記載の方法。
5. ５．校正量（Ｅ）を、等伏角線の記入されている地図から取り出しかつ較正キー を介して評価回路（１１）に入力する請求の範囲第１項から第４項までのいづれ か１項記載の方法。
6. ６．運輸体（１９）をまず、前以つて決められた方位においてかつ長手軸線の前 以つて決められた傾斜の所に設置し、かつ方位および傾斜を固定量（■０、Ψ０ ）として評価回路（１１）に入力し、かつ運輸体（１９）のこの設置位置におい て、磁力計（１０）の電気信号から進行方向（■０）を計算しかつ最終的に入力 された量および計算された進行方向（■０）から校正量（Ｅ）を関数式（Ｅ＝ｆ （Ψ０、■０、■′））にしたがつて求めかつ記憶する請求の範囲第１項から第 ４項までのいづれか１項記載の方法。