JPS6311809A - 地磁気センサの出力デ−タの処理方法 - 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】 技Ｊ口九厨 本発明は、地磁気センサの出力データの処理方法に関す
るものである。

１旦且１ 近年、地図情報をメモリに記憶しておき、その地図情報
をメモリから読み出して車両の現在地とともに表示装置
に表示させることにより、車両を所定の目的地に誘導す
る車載ナビゲーション装置が研究、開発されている。

かかるナビゲーション装置には、車両の方位を検出する
方位センサが不可欠であり、この方位センサとして、例
えば地磁気（地球磁界）に基づいて車両の方位を検出す
る地磁気センサが用いられる。しかしながら、この地磁
気センサは外乱磁界の影響を受は易り、′車両の踏切通
過時、鉄橋通過時、或は車両の側を大きな車（例えば、
トシックやバス等）が通過した際に、その出力データに
大ぎな誤差が含まれることになる。

免匪立皇ｊ 本発明は、上述した点に鑑みなされたもので、地磁気セ
ンサの出力データの信頼性を高めることにより、車両の
正確な方位検出を可能とした地磁気センサの出力データ
の処理方法を提供することを目的とける。

本発明による地磁気センサの出力データの処理方法は、
地磁気センサの出力データの変動を許容する許容範囲を
設定し、地磁気センサの出力データが許容範囲外のとき
は、その出力データを所定のデータと置換することを特
徴としている。

１−厘−１ 以下、本発明の実施例を図に基づいて詳細に説明する。

第１図は、本発明による地磁気センサの出力データの処
理方法が適用される車載ナビゲーション装置の構成を示
すブロック図である。同図において、１は地磁気に基づ
いて車両の方位データを出力するための地磁気センナ、
２は車両の角速度を検出するための角速度センサ、３は
車両の移動距離を検出するための走行距離センサ、４は
緯度及び経度情報笠から車両の現在地を検出するための
Ｇ　Ｐ　Ｓ　（Ｇｌｏｂａｌ　Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ
　Ｓｙｓｔｅｍ）装置であり、これら各センサ（装置）
の出力はシステムコントローラ５に供給される。

システムコントローラ５は、各センサ（装置）１〜４の
出力を入力としＡ／ｒ）　（アナログ／ディジタル）変
換等を行なうインターフェース６と、種々の画像データ
処理を行なうとともにインターフェース６から順次送ら
れてくる各センサ（装置）１〜４の出力データに埴づい
て車両の移動１等を演算するＣＰＵ　（中央１１！ＩＩ
！回路）７と、このＣＰＵ７の各種の処理プログラムや
その他必要な情報が予め害ぎ込まれたＲＯＭ（リード・
Ａンリ・メモリ）８と、プログラムを実行する上で必要
な情報の書込み及び読出しが行なわれるＲＡＭ（ランダ
ム・アクセス・メモリ）９と、いわゆるＣＤ−ＲＯＭ、
ＩＣカード等からなり、ディジタル化（数値化）された
地図情報が記録された記録媒体１０と、Ｖ　−ＲＡ　Ｍ
　（Ｖｉｄｅｏ　ＲＡＭ）等からなるグラフィックメモ
リ１１と、ＣＰＵ７から送られてくる地図等のグラフィ
ックデータをグラフィックメモリ１１に描画しかつ画像
としてＣＩ≧Ｔ等のディスプレイ１２に表示すべく制御
するグラフィックコントローラ１３とから構成されてい
る。入力装置１４はキーボード等からなり、使用者によ
るキー人力により各種の指令等をシステムコントローラ
５に対して発する。

次に、ＣＰＵ７によって実行される基本的な手順を、第
２図のフローチャートに従って説明する。

ＣＰＵ７は、先ず最初にプログラムを実行させるための
イニシ１１ライスを行ない（ステップ８１）、しかる後
車両の現在地がセットされているか否かを判断するくス
テップ３２）。現在地がセットされていない場合は、現
在地セットルーチンの実行（ステップＳ３）、例えば入
力装置１４でのキー人力による現在地のレットが行なわ
れる。次に、走行距離を零にしくステップＳ４）、続い
て入力装置１４からのキー人力が有るか否かの判断を行
なう（ステップ８５）。

キー人力が無い場合は、ディスプレイ１２上に現在地周
辺の地図表示を行なうとともに車両の現在位置及びその
方位を例えば車両マークにてこの地図上に表示し、車両
が移動したらその移動に伴い地図をスクロールさせ、更
に現在グラフィックメモリ１１上にある地図データの範
囲を車両位置が越えそうなときには、記録媒体１０から
必要な地図データを読み出してディスプレイ１２上に表
示する（ステップ８６）。

キー人力が有ると、その入力データに応じて現在地の再
セット（ステップＳ７）、センサ補正（ステップＳ８）
、目的地セット（ステプｆＳ９）及び地図の拡大・縮小
（ステップ５１０）の各ルーチンを実行する。

また、ＣＰＵ７はタイマーによる割込み処理により、第
３図に示すように、一定時間間隔で地磁気センサ１及び
角速度センサ２の各出力データに基づいて車両の方位を
常に計惇づる（ステップＳ１１．５１２）。

ところで、地磁気センサ１は一般に、同一平面上におい
て互いに９０”の位相角をもって配置された一対の磁気
検出素子からなり、これら一対の素子の一方は例えばＵ
方向（北方向）の地磁気成分を検出し、他方はＶ方向（
東方向）の地磁気成分を検出するようになっている。か
かる構成の地磁気センサ１を、水平面上において一回転
させると、Ｕ、■双方の検出素子からの出力データによ
って、第４図に示すような、ＵＶ直交座標系の原点Ｏを
中心とする円工の軌跡が描かれる。従って、例、ｔば点
Ｐ　（ｔＪ＋　、　Ｖ＋　）　ニオける北（Ｕ　！ｌｋ
　）からの時計回りの方位角θは、次式（１）によって
算出される。

θ＝ｊａｎ’　　（Ｕ／Ｖ）−”−（１）従って、この
ような地磁気センサ１を、車両の前後或は左右方向に対
して所定の角度で車両に取り付けておき、Ｕ、■双方の
検出素子からの出力データに基づいて（１）式の演京を
行なうことにより、車両の方位を検出できるのである。

ここで、地磁気センサ１の周囲には、地球磁界による磁
束のみが存在するのが理想であるが、車両においては、
そのボデー鋼板の着磁等に起因した余分な磁束が存在す
るのが一般的である。そこで、かかる車両ボデーの着磁
による影響を除去して正確な方位検出を行なうために、
例えば、特開昭５７−２８２０８号公報に開示の方法が
提案されている。この方法においては、ｕ、ｖｒａ気検
比検出素子両に固定されて両者間に相対変位がない場合
に、磁気検出素子を一旋回させて得られる出力をプロッ
トして描かれた円の中心と、外標原点との距離がボデー
着磁の影響によるものである点に鑑みて、描かれた円の
中心が原点に移動するように、両検出素子から得られた
出力データを補正して、ボデー着磁の影響を除去するよ
うにしている。詳述するに、両検出素子の出力が描く円
は第４図の■で示すように、その中心Ｑが原点から移動
した位置にある。そこで、両検出素子の出力Ｕ。

■の最大値Ｕ鯨、■頗及び最小値Ｕｗｍｎ、Ｖａｎを求
め、これらから次式（２）によって中心Ｑのｆｆ１Ｈを
算出する。

Ｌｌｏ　＝　（Ｌ１ｍｍ＋ＬＩｓ＋）　／　２）・・・
・・・（２） Ｖｏ　＝　（Ｖ簡＋Ｖｓｎ）／２ 算出された値ＬＩｏ、Ｖｏを用いて次式（３）によって
各磁気検出素子の出力値Ｕ、■の補正がなされ、補正さ
れたｕ′、ｖ′から方位の算出が行なわれるのである。

Ｕ−＝ＬＩ−Ｕ。

）　　　　　・・・・・・（３） Ｖ−＝Ｖ−Ｖ。

本発明においては更に、地磁気センサ１の出力データの
信頼性を高めるために、ある規則に基づいて地磁気セン
サ１の出力データの変動を許容する許容範囲（以下、ウ
ィンドと称する）を設定する。すなわち、第５図に斜線
で示すように、前回求めた方位データ（Ｌｌｎ−＋、Ｖ
ｎ−＋）を基準として角度方向にウィンドを設定し、前
回求めた方位データと今回求めた方位データとの差を常
に監視し、今回求めた方位データが前回求めた方位デー
タと署しく違う場合、即ちウィンド外となった場合は、
そのデータをエラーとして所定のデータ、例えば前回の
データ若しくは過去何回（回数は任ｆｉ）かのデータの
平均値と置換することにより、地磁気センサ１の出力デ
ータの信頼性を高める。また、地磁気センサ１から出力
されるデータは数学的には、円の方程式に当てはまるの
で、この方程式上にないデータもエラーと判定すること
ができる。

しかし、データはＡ／Ｄ変換誤差等によりばらつくので
、半径方向にもある程度の幅をもたせてウィンドを設定
している。第５図中、αは角度許容値、βは半径許容値
をそれぞれ示している。

なお、方位データを求める時間間隔により方位の差は異
なるので、角速度と車速の関係で求めることも可能であ
る。例えば、車速が４０［ｋｍ／ｈ］のとき、最高角速
度を３０［度／Ｓ］とすると、地磁気センサ１の出力デ
ータがこの範囲を越えた場合にエラーとし、前回のデー
タもしくは過去何回かのデータの平均値と置換する。ま
た、角度でウィンドを設定する場合、車速変化に応じて
角度を設定することも可能であり、又車速に対して角度
を一次関数で設定するだ【ノではなく、あるヒステリシ
スを持たせることにより、車速変化に応じて対応角度を
頻繁に変えなくとも済むことになる。

次に、ＣＰ　Ｕ　７によって実行される本発明による地
磁気センサ１の出力データの処理方法のｆ順を、第６図
のフローチャートに従って説明する。

ＣＰＵ　７は先ず、いわゆる一回転補正が完了している
か否かを判断する（ステップ３２０）。完了していない
場合は一回転補正ルーチンを実行する（ステップ５２１
）。この−・回転補正ルーチンでは、地磁気センサ１を
搭載した車両を一回転させ、ｔＪｏ、Ｖｏ（センタ値）
、Ｕ＋１ＩＩＸ（南北方向最大値）、Ｕｍｎ（南北方向
最小値）、Ｖｅｘ（東西方向最大値）、Ｖａｎ（東西方
向最小値）及び半径ｒの値が求めるられる。求められた
値はＲＡＭ９に記憶される。

続いて、初期方位の設定を行なう〈ステップ５２２）。

エンジン始動時には車両が静止しており、車両の方位は
一定なはずであるから、初期値はこのとき設定するのが
好ましい。初期方位設定後、地磁気センサ１の出力デー
タを取り込み（ステップ５２３）、この出力データが先
述したウィンド（第５図の斜線部分）に入っているか否
かの判断を行なう（ステップ５２４）。ウィンドに入っ
ている場合は、取り込んだ地磁気センサ１の出力データ
から先述した（１）〜（３）式に基づいて車両の方位を
計算する（ステップ８２６）。算出された方位は第２図
のフローチャートにおけるステップＳ６で、ディスプレ
イ１２上に地図とともに表示される。

また、車両の移動による場所（地域）の変化により、地
磁気センサ１の出力データが車両ボデーの＠磁はどでは
ないがＤＣ（直流）成分を含み、円の方程式の中心座標
が移動するいわゆる中心値ずれを起す場合がある。そこ
で、取り込んだ地磁気センサ１の出力データが、既にＲ
ＡＭ９に格納されている南北、東西方向の最大値Ｕ諒、
Ｖａｕよりも大か、又は南北、東西方向の最小値ＬＩａ
ｎ、Ｖ舗よりも小かの比較を行なうことにより、Ｕｍａ
、ｔＪ　ａｎ、Ｖｗ及び■劃に変化が生じたか否かを判
断する（ステップ８２６）。変化有りの場合は、センタ
値ずれが生じたとして、半径ｒは変化しないものと仮定
することで、変化した値を基にしてその変化率に応じて
円の中心を幾何学的に変えることができるので、これに
よりＩＪｏ、Ｖｏ、Ｌｌａａ、ＬＪｍ＋ｎ、Ｖｅｘ及び
Ｖａｎを計算によって新たに求めてＲＡＭ９の値を更新
する（ステップ＄２７）。ステップ８２６又はステップ
８２７を経た後は、地磁気センサ１の出力データがウィ
ンド外になった回数をカウントするウィンドエラーカウ
ンタのカウント値Ｎ及びセンタ値ずれが生じた回数をカ
ウントするセンタ値ずれ判定カウンタのカウント値Ｅを
共に零にしくステップ＄２８）、しかる後ステップ８２
３に戻る。以上の流れは、地磁気センサ１の出力データ
が外乱磁界に影響されることなくウィンド内に入ってい
る、通常動作時の流れである。

一方、地磁気センサ１の出力データがウィンドに入って
いない場合には、ウィンドエラーカウンタのカウント値
Ｎを“１″だけカウントアツプしくステップ５２９）、
続いてそのカウント値Ｎがウィンドエラー最大値Ｎｗｍ
に達したか否かを判断する（ステップ５３０）。そして
、ウィンドエラー最大値Ｎｌ１ｌｘに達するまでは、今
回取り込んだ地磁気センサ１の出力データをエラーと見
なし、地磁気センサ１の出力データの前回値又は過去何
回かの平均値に基づいて得られた方位を利用しくステッ
プ５３１）、しかる後ステップ８２３に戻る。

また、ウィンドエラーカウンタのカウント値Ｎがウィン
ドエラー最大値Ｎｗｒｘに達した場合は、センタ値ずれ
カウンタのカウント値Ｅを“１゛′だけカウントアツプ
しくステップ３３２）、続いてそのカウント値Ｅがセン
タ値ずれ判定最大値ＥＩＩＩＩｘに達したか否かを判断
する（ステップ５３３）。そして、センタ値ずれ判定最
大値Ｅ俺に達するまでは、ある一定時間のタイマをセッ
トしくステップ５３４）、ステップ３３５でタイムアツ
プと判定するまで、地磁気センサ１の出力データを取り
込み（ステップ８３６）、そのデータに基づいて方位の
計ｑを行なう（ステップ５３７）。すなわち、地磁気セ
ンサ１の出力データがある−７時間ウインドに入らない
場合は、ウィンドを一時解除し、一定時間エラー処理を
行なわないのである。この処理により、例えば急ハンド
ル等により規格外のデータが取り込まれた場合にもこれ
に対処できるのである。

センタ値ずれカウンタのカウント値Ｅがセンタ値ずれ判
定最大値Ｅｗに達した場合は、センタ値ずれと判断し、
他のデータを利用してセンタ値ずれを補正しくステップ
８３８）、ウィンドエラーカウンタのカウント値Ｎ及び
センタ値ずれ判定カウンタのカウント値Ｅを共に零にし
くステップ５３９）、しかる後ステップ８２３に戻る。

車両が例えば踏切を通過した場合、踏切における強力な
磁界によって車両ボデーが着磁され、これに起因して地
磁気センサ１の出力データがＤＣ成分を持ってしまい、
第７図に示す如くセンタ値ずれを生じるので、それ以降
は正しく方位を求めることができなくなってしまう。こ
のように車両ボゲーが着磁されセンタ値ずれが生じたよ
うな場合、地磁気センサ１の出力データはいつまでたっ
てもウィンドに入らないことになるので、一定時間ウィ
ンドに入らない回数をカウントすることにより、この状
態が発生したと判断することができるのである。そして
、このような状態になった場合は、地磁気センサ１の出
力データがＤＣ成分を持っていても、円の方程式の中心
座標が変化するだけで半径ｒは変化しない（地磁気の強
さが変化しない限り半径ｒは変わらない）ので、他のア
ークを利用して中心座標を求めることができ、よってセ
ンタ値ずれを補正できるのである。

このセンタ値ずれの補正においては、他の７’　−タと
して例えば角速度センサ２の出力データが用いられる。

角速度センサ２では絶対値は求まらないが、時間軸で積
分することにより角度を求めることができるのである。

センタ値がずれた状態でわかっている値は、地磁気セン
サ１の出力データ（Ｕ、Ｖ）、一回転補正により求めら
れている半径ｒ及び角速度センサ２の出力データであり
、これら値は次式（４）の関係となっている。

Ｕ　　＝　　ｒ　　−ｓｉｎ　　　θ　−ト　Ｕ。

）　　　　・・・・・・　（４） Ｖ　＝　ｒ　　−ｃｏｓ　　θ＋Ｖ。

（４）式の変形により、次式（５）が得られる。

ＬＪＯ＝Ｕ　−ｒ　−ｓｔｎθ ）　　・・・・・・（５） Ｖｏ　＝Ｖ　−ｒ　−ｃｏｓθ よって、（５）式から現在のセンタ値（Ｕｏ、ＶＯ）を
求めることができるのである。

また、角度θを求める他の方法として、現在車両が走行
する道路の角度を地図データを用いて計算し、この道路
の角度を角度θとすることもできる。すなわち、道路は
２点を結ぶ線（線分）の繋りで表わされ、各点は数値化
されて地図データとして記録媒体１０に記憶されており
、この地図データから車両が位置する線分の両端（２点
）の値がわかるので、この値から一次関数の傾きを計算
することにより、角度θを求めることができるのである
。

ｆと１里 以上説明したように、本発明によれば、地磁気センサの
出力データの変動を許容する許容範囲を設定し、地磁気
センサの出力データが許容範囲外のときは、その出力デ
ータを所定のデータと置換することにより、地磁気セン
サの出力データの信頼性を高めることができるので、外
乱磁界による影響を受けることなく正確に車両の方位を
検出できることになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による地磁気センサの出力データの処理
方法が適用される車載ナビゲーション装置の構成を示す
ブロック図、−第２図及び第３図は第１図におけるＣＰ
Ｕによって実行される基本的な手順を示すフローチャー
ト、第４図は地磁気センサの出力データが描く軌跡を示
す線図、第５図は地磁気センサの出力データが描く軌跡
にウィンドを設定した状態を示す線図、第６図は第１図
におけるＣＰＵによって実行される本発明による地磁気
センサの出力データの処理方法の手順を示すフローチャ
ート、第・７図は地磁気セン１すの出力デ−タが描（軌
跡がセンタ値ずれを生じた状態を示す線図である。 主要部分の符号の説明

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）車両に搭載され、地磁気に基づいて前記車両の方
   位データを出力する地磁気センサの出力データの処理方
   法であつて、前記地磁気センサの出力データの変動を許
   容する許容範囲を設定し、前記出力データが前記許容範
   囲外のときは、その出力データを所定のデータと置換す
   ることを特徴とする出力データの処理方法。
2. （２）前記所定のデータは、前記出力データの前回値で
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の出力
   データの処理方法。
3. （３）前記所定のデータは、前記出力データの過去所定
   回のデータの平均値であることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の出力データの処理方法。