DE102005034988A1

DE102005034988A1 - Verfahren und Anordnung zur Erfassung von ein Erdmagnetfeld örtlich beeinflussenden Fahrzeugen

Info

Publication number: DE102005034988A1
Application number: DE200510034988
Authority: DE
Inventors: Uwe Loreit; Burkhard Merg
Original assignee: MECHATRONIC AG; Sensitec GmbH
Current assignee: Sensitec GmbH
Priority date: 2005-07-27
Filing date: 2005-07-27
Publication date: 2007-02-08
Anticipated expiration: 2025-07-28
Also published as: DE102005034988B4

Abstract

Nach einem Verfahren zur Erfassung von Fahrzeugen mit ferromagnetischem Anteil, die ein Erdmagnetfeld (4) örtlich beeinflussen, wird unter Verwendung einer in mindestens zwei Richtungen empfindlichen Erdmagnetfeldsensoranordnung (7) für jede der mit ihr erfaßten Richtungen ein elektrisches Ausgangssignal erzeugt, welches ein Maß für die Feldstärke in der jeweils erfaßten Richtung ist, und ausgewertet. Um mit technisch geringem Aufwand das Vorhandensein eines Kraftfahrzeugs zuverlässig zu bestimmen, wird durch kombinierte Auswertung der Ausgangssignale ein gegebenenfalls durch das Fahrzeug veränderter Vektor des Erdmagnetfeldes in den wenigstens zwei erfaßten Richtungen als Datensatz ermittelt. Der Datensatz kann weiter ausgewertet werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung von ein Erdmagnetfeld örtlich beeinflussenden Fahrzeugen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. eine entsprechende Anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 10.

Nach einem bekannten Verfahren der eingangs genannten Gattung zur Erfassung von Verkehrsdaten mittels Detektion und Klassifikation sich bewegender oder stehender Fahrzeuge erfolgt mittels einer Anordnung von mindestens zwei Fluxgate-Magnetfeldsensoren, die längs einer Fahrbahn zueinander beabstandet sind, zunächst eine Erfassung der unbeeinflußten Erdmagnetfeldkomponenten, wonach eine Kalibrierung durchgeführt wird. Weiterhin werden die in Richtung der Vertikalen bzw. der Normalen der Erdoberfläche eintretenden Veränderungen des Erdmagnetfelds zyklisch bestimmt. Nach Glättung der damit erhaltenen Meßwerte wird eine Zuordnung der zeitlich nacheinander vorliegenden Meßwerte der in Fahrtrichtung beabstandet hintereinander liegenden Magnetfeldsensoren vorgenommen, um beispielsweise die Richtung und die Geschwindigkeit einer Fahrzeugbewegung zu bestimmen und die Fahrzeuglänge zu bestimmen ( EP 1 193 662 B1 und DE 100 48 362 C2 ). Zur Erfassung und Klassifikation von mehrspurig nebeneinander fahrenden Fahrzeugen für n Spuren sind n + 1 Sensoren vorgesehen, deren Signale kreuzkorreliert werden. Generell werden betriebsmäßig nur Ausgangssignale, die einer Richtung des Erdmagnetfelds entsprechen, und zwar dessen X-Komponente senkrecht zur Erdoberfläche, ausgewertet. Nur zur Untersuchung, welche der Komponenten des Erdmagnetfelds einen höchsten Spitzenwert des Meßwerts bei Durchfahrt eines Kraftfahrzeugs erbringt oder die stärkste Veränderung des Meßwerts, werden auch Meßwerte der anderen Komponenten gebildet und betrachtet. – Trotz der aufwendigen Auswertung, bei der eine Vielzahl zeitlich nacheinander vorliegender Meßwerte auszuwerten sind, ist dieses Verfahren zumindest zur Erfassung bestimmter Verkehrsdaten wie der Belegung von Parkflächen in Parkhäusern nicht optimal. Insbesondere hat es sich in mehretagigen Parkhäusern herausgestellt, daß die gemäß dem Stand der Technik gemessene X-Komponente des Erdmagnetfelds, also die zur Erdoberfläche senkrecht gerichtete Komponente, unzuverlässige Meldungen der Belegung einer Parkfläche in einem Stockwerk hervorrufen kann, da diese durch Belegung einer entsprechenden Parkfläche in einer höheren oder tieferen Etage beeinflußt werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Gattung zu schaffen, das es mit einem technisch geringen Aufwand der Meßwerterzeugung und Auswertung der Meßwerte, nämlich Ausgangssignale einer Erdmagnetfeldsensoranordnung ermöglicht, das Vorhandensein eines Kraftfahrzeugs zuverlässig zu erfassen. Auch daraus abgeleitete Größen wie eine Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs sollen sich danach zuverlässig und genau bestimmen lassen.

Diese Aufgabe wird gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 für das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gelöst, daß durch kombinierte Auswertung der Ausgangssignale der Erdmagnetfeldsensoranordnung für mindestens zwei Richtungen ein gegebenenfalls durch das Fahrzeug veränderter Vektor des Erdmagnetfelds einer Ebene, in der die beiden Erfassungsrichtungen liegen, als Datensatz ermittelt wird, der weiter ausgewertet werden kann. Nach dem neuen Verfahren werden also die Meßwerte nicht nur hinsichtlich der Feldstärke einer Erdmagnetfeldkomponente ausgewertet, sondern es werden die Meßwerte der Feldstärken in verschiedene Richtungen der Erdfeldkomponenten einander zugeordnet in dem Sinne ausgewertet, daß die Richtung und der Betrag des Vektors, der aus wenigstens zwei Komponenten des Erdmagnetfeldes gebildet wird, der weiteren Auswertung als Datensatz zugrunde gelegt wird. Mit anderen Worten: es wird für die Richtung des Vektors beispielsweise die Stärke einer vertikalen Erdfeldkomponente zu der Stärke einer horizontalen Erdfeldkomponente in eine an sich bekannte mathematische Beziehung gesetzt. Zu der Ermittlung des Vektors des Erdmagnetfeldes werden im wesentlichen gleichzeitig gebildete Ausgangssignale der Erdmagnetfeldsensoranordnung kombiniert ausgewertet, um einen definierten Vektor des Erdmagnetfeldes zu einem bestimmten Zeitpunkt zu erhalten. Anschließend können die Vektoren bzw. Datensätze, welche zu aufeinanderfolgenden Zeitpunkten bestimmt wurden, miteinander verglichen werden, um Veränderungen des Erdmagnetfeldes in Größe und Richtung festzustellen und hieraus die interessierenden verkehrstechnischen Zustände, beispielsweise Belegung einer Parkfläche, zuverlässig zu ermitteln.

Da für die Bestimmung der Richtung des Vektors die in zwei Richtungen gemessenen Feldstärkekomponenten als Verhältnis zueinander in Beziehung gesetzt werden, kann der Einfluß von Meßfehlern, der die Meßwerte für zwei Erdfeldkomponenten in gleicher Weise beeinflußt, herabgesetzt werden.

Zur Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens genügt nach Anspruch 2 die Verwendung einer Erdmagnetfeldsensoranordnung, die nur in zwei Richtungen empfindlich ist, um deren Ausgangssignale kombiniert zur Bestimmung des Vektors in einer Ebene, die durch die beiden Richtungen der Erdmagnetfeldsensoranordnung definiert ist, auszuwerten. Bei dieser Variante des Verfahrens ist der Vergleich zweier nacheinander ausgewerteter Vektoren weniger aufwendig als in dem Falle, in dem Daten räumlicher Vektoren aus Meßwerten für drei Feldstärkekomponenten des Erdmagnetfeldes kombiniert ausgewertet werden, um anschließend solche Raumvektoren miteinander zu vergleichen.

Gemäß Anspruch 3 kann jedoch die Erfassung einer dritten Erdmagnetfeldkomponente durch eine in drei Richtungen empfindliche Erdmagnetfeldsensoranordnung insofern vorteilhaft sein, als durch Auswahl der beiden stärksten oder am stärksten veränderlichen Ausgangssignale der drei zum Vergleich zur Verfügung stehenden Ausgangssignale für drei Richtungen die signifikanteste Ebene ermittelt wird, in welcher der durch kombinierte Auswertung der beiden stärksten Ausgangssignale bestimmte Vektor liegt.

Die Erdmagnetfeldsensoranordnung kann gemäß Anspruch 4 aus wenigstens zwei diskreten, in jeweils einer Richtung empfindlichen bzw. in diese Richtung ausgerichtete diskreten Sensoren bestehen.

Die beiden Sensoren können aber auch gemäß Anspruch 5 in einem Zweiachsensensor zusammengefaßt sein, so daß die Erdmagnetfeldsensoranordnung nur diesen einen Zweiachsensensor aufzuweisen braucht. Im Falle von zwei diskreten Sensoren sollten diese so dicht benachbart sein, daß sie im wesentlichen den gleichen Ort des Erdmagnetfelds nach Feldstärke und Richtung erfassen.

Vorteilhaft können magnetoresistive Sensoren gemäß Anspruch 6 in der Erdmagnetfeldsensoranordnung verwendet werden. Sie zeichnen sich durch Kompaktheit und Meßgenauigkeit aus.

Wenngleich, wie oben erwähnt, Fehler, die in die Ausgangssignale der Erdmagnetfeldsensoranordnung für zwei Richtungen eingehen, sich bei der Bestimmung der Richtung des Vektors des Erdmagnetfeldes reduzieren können, ist eine Temperaturkompensation der Erdmagnetfeldsensoranordnung insbesondere im Hinblick auf die Bestimmung des Betrags des Vektors gemäß Anspruch 7 vorteilhaft.

Die einwandfreie Funktion des Verfahrens zur Erfassung des durch ein Fahrzeug beeinflußten Erdmagnetfeldes kann gemäß Anspruch 8 durch testweise Erzeugung eines zusätzlichen Magnetfeldes zum Erdmagnetfeld unter Verwendung einer in der Nähe der Erdmagnetfeldsensoranordnung bestromten kleinen Spule einfach bewirkt werden.

Gemäß Anspruch 9 können wenigstens zwei Datensätze, die Daten der Vektoren des Erdmagnetfelds zu zwei verschiedenen Meßzeitpunkten beinhalten, korreliert werden, indem beispielsweise ein Datensatz als Eichgröße eines Vektors, wenn kein Fahrzeug auf einer Parkfläche steht, zu einem anschließend bestimmten eigentlichen Meßvektor, mit dem das Vorhandensein eines Fahrzeugs festgestellt werden soll, in Beziehung gesetzt wird. – Zum Beispiel dieser Vorgang wird als die in Anspruch 1 angegebene weitere Auswertung verstanden.

Die weitere Auswertung kann auch darin bestehen, daß mit zwei Anordnungen gemäß Anspruch 10, die längs einer Fahrbahn angeordnet sind, fortlaufend Messungen und kombinierte Auswertungen der Ausgangssignale beider Erdmagnetfeldsensoranordnungen erfolgen, womit Datensätze gebil det werden, die miteinander in Beziehung gesetzt werden können, um eine Fahrzeuglänge bzw. -art und/oder eine Fahrzeuggeschwindigkeit zu bestimmen.

Generell dient die Anordnung gemäß Anspruch 10 zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1.

Gemäß Anspruch 11 kann die Erdmagnetfeldsensoranordnung vorteilhaft magnetoresistive Sensoren enthalten, die in zwei Richtungen des Erdmagnetfeldes empfindlich sind bzw. ausgerichtet sind.

Die erfindungsgemäße Anordnung eignet sich besonders zur Überwachung der Belegung von Parkflächen, insbesondere in mehretagigen Parkhäusern.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand einer Zeichnung mit drei Figuren erläutert, woraus sich weitere vorteilhafte Merkmale ergeben können. Es zeigt:
1 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein Parkhaus mit visualisierten Erdmagnetfeldlinien,
2 eine erste Ausführungsform einer Anordnung zur Erfassung von das Erdmagnetfeld örtlich beeinflussenden Fahrzeugen mit einer in zwei Richtungen empfindlichen Erdmagnetfeldsensoranordnung und einer Auswerteinheit zur kombinierten Auswertung deren Ausgangssignale, und
3 eine Anordnung zur Erfassung von das Erdmagnetfeld örtlich beeinflussenden Fahrzeugen mit einer in drei Richtungen empfindlichen Erdmagnetfeldsensoranordnung und einer Auswerteinheit, die geeignet ist, deren Aus gangssignale zumindest teilweise kombiniert auszuwerten.
In den 1 und 2 sind mit 1 Sensorbaugruppen bezeichnet, die an Decken eines mehretagigen Parkhauses angebracht sind, um die Belegung unter ihnen befindlicher Parkflächen mit einem Kraftfahrzeug, z.B. 2, zu erfassen. Die Sensorbaugruppen stehen über eine Leitung 5 mit einem Rechner als weitere Auswerteinheit 6 in Verbindung. Die Auswerteinheiten 8, die sich in der Sensorbaugruppe 1 befinden, sind der weiteren Auswerteinheit 6 in Signalflußrichtung vorgeschaltet.
Die Sensorbaugruppen 1 sind dazu vorgesehen, das Erdmagnetfeld im Bereich der nicht bezeichneten Parkflächen in verschiedenen Stockwerken nach Stärke und Richtung in wenigstens einer Ebene, die durch zwei Erdmagnetfeldkomponenten definiert ist, zu ermitteln, um Deformationen des Erdmagnetfeldes durch ein Kraftfahrzeug 2, welches in der Regel ferromagnetische Teile enthält, gegenüber dem Erdmagnetfeld bei freier Parkfläche zu ermitteln.
Hierzu weist die Sensorbaugruppe, die allgemein mit 1 bezeichnet ist, eine Erdmagnetfeldsensoranordnung 7 auf, die also empfindlich genug ist, um Veränderungen des Erdmagnetfeldes zu messen. Diese umfaßt einen Sensor 7.1 für eine erste Richtung, beispielsweise eine horizontale Komponente des Erdmagnetfelds, sowie einen zweiten Sensor 7.2, der eine dazu rechtwinklig verlaufende, insbesondere vertikale Erdmagnetfeldkomponente erfaßt.
Ausgänge der Sensoren 7.1 und 7.2 sind mit einer gemeinsamen Auswerteinheit 8 verbunden. Die mit den Ausgangssignalen der Sensoren 7.1 und 7.2 beaufschlagte Auswerteinrichtung ist so konzipiert, daß sie aus den Ausgangssignalen, welche die Feldstärken der jeweiligen Erdmagnetfeld komponente beinhalten, sowie aus den bekannten Richtungen der Empfindlichkeit der Sensoren 7.1 und 7.2 gegebenenfalls nach Analog-Digital-Umsetzung einen Erdmagnetfeldvektor in einer durch die beiden Empfindlichkeitsrichtungen definierten Ebene ermittelt, d.h. außer dem effektiven Betrag der Feldstärke des Erdmagnetfelds auch dessen resultierende Richtung in dieser Ebene unter Verwendung einfacher bekannter mathematischer Beziehungen.
Die Auswerteinheit 8 errechnet somit einen Datensatz, der den Vektor des Erdmagnetfelds beinhaltet und der über eine Schnittstelle 9 und die Leitung 5 in die weitere Auswerteinheit 6, einen Rechner, eingegeben wird.
In der weiteren Auswerteinheit 6 kann der in der Sensorbaugruppe 1 gebildete Datensatz mit festen Kriterien, beispielsweise einer gespeicherten Eichgröße, mit der zuvor ein Zustand Parkfläche definiert wurde, verglichen werden, um festzustellen, ob der Zustand der Parkfläche verändert ist, d.h. ein Kraftfahrzeug 2 parkt.
Zur besonders zuverlässigen Ermittlung des Zustands der Parkfläche kann in der weiteren Auswerteinheit 6 der Datensatz, welcher der interessierenden Parkfläche zugeordnet ist, mit Datensätzen aus anderen Sensorbaugruppen 1 verglichen werden, die sich insbesondere über oder unter der interessierenden Parkfläche befinden.
Anstelle der Sensorbaugruppe 1, in der zwei Erdmagnetfeldkomponenten gemessen und kombiniert ausgewertet werden, kann unter Umständen vorteilhaft, aber aufwendiger die Sensorbaugruppe 10 vorgesehen sein, in der mit dem Sensor 7.3 noch Ausgangssignale entsprechend einer dritten Erdmagnetfeldkomponente gebildet werden. Es werden somit in der Sensorbaugruppe 10 drei Ausgangssignale entsprechend drei Erdmagnetfeldkom ponenten in eine Auswerteinheit 8a eingespeist. Dort können die beiden stärksten Ausgangssignale ausgewählt werden, um wie zu der Sensorbaugruppe 1 oben beschrieben, weiter kombiniert ausgewertet zu werden. – Es ist statt dessen aber auch denkbar, aus den Ausgangssignalen entsprechend allen drei Erdmagnetfeldkomponenten einen räumlichen Feldvektor zu bilden und über die Schnittstelle 9a und die Leitung 5 der weiteren Auswerteinheit 6 zuzuführen, die zur weiteren Auswertung der um die dritte Erdmagnetfeldkomponente erweiterten Datensätze eingerichtet ist.
Die Übertragung der in den Auswerteinheit 8 bzw. 8a gebildeten Datensätze zu der weiteren Auswerteinheit über die Schnittstellen 9, 9a kann mit bekannten Mitteln, beispielsweise einer Kettenschaltung und nur einer Datenleitung 5 erfolgen.

1: Sensorbaugruppe
2: Kraftfahrzeug
3: Parkhaus
4: Erdmagnetfeld
5: Leitung
6: weitere Auswerteinheit (Rechner)
7: Erdmagnetfeldsensoranordnung
7.1: Sensor
7.2: Sensor
7.3: Sensor
8, 8a: Auswerteinheit
9, 9a: Schnittstelle
10: Sensorbaugruppe

Claims

Verfahren zur Erfassung von ein Erdmagnetfeld (4) örtlich beeinflussenden Fahrzeugen (2) mit ferromagnetischem Anteil unter Verwendung einer in mindestens zwei Richtungen empfindlichen Erdmagnetfeldsensoranordnung (7, 7a), die für jede der mit ihr erfaßten Richtungen ein elektrisches Ausgangssignal erzeugt, welches ein Maß für die Feldstärke in der jeweils erfaßten Richtung ist, und Auswertung der Ausgangssignale, dadurch gekennzeichnet, daß durch kombinierte Auswertung der Ausgangssignale ein gegebenenfalls durch das Fahrzeug (2) veränderter Vektor des Erdmagnetfeldes (4) in den wenigstens zwei erfaßten Richtungen als Datensatz ermittelt wird, der zur weiteren Auswertung geeignet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Erdmagnetfeldsensoranordnung (7), die nur in zwei Richtungen empfindlich ist, und kombinierte Auswertung deren Ausgangssignale.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine in drei Richtungen empfindliche Erdmagnetfeldsensoranordnung (7a) verwendet wird und daß von deren drei Ausgangssignalen die beiden stärksten oder am stärksten veränderlichen Ausgangssignale zu der kombinierter Auswertung ausgewählt werden.
Verfahren nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Erdmagnetfeldsensoranordnung (7, 7a), die wenigstens zwei diskrete, in jeweils einer Richtung empfindliche Sensoren (7.1, 7.2, 7.3) umfaßt, die räumlich eng benachbart angeordnet sind.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1–3, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Zweiachsen-Sensors als Erdmagnetfeldsensoranordnung (7).
Verfahren nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung von magnetoresistiven Sensoren in der Erdmagnetfeldsensoranordnung (7, 7a).
Verfahren nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Temperaturkompensation der Erdmagnetfeldsensoranordnung (7, 7a).
Verfahren nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die testweise Erzeugung eines Magnetfeldes unter Verwendung einer in der Nähe der Erdmagnetfeldsensoranordnung (7, 7a) bestromten Spule.
Verfahren nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Datensätze, die durch kombinierte Auswertungen der Ausgangssignale von zwei benachbarten Erdmagnetfeldsensoranordnungen generiert sind, korreliert werden.
Anordnung zur Erfassung von ein Erdmagnetfeld örtlich beeinflussenden Fahrzeugen (2) mit ferromagnetischem Anteil, mit einer in mindestens zwei Richtungen empfindlichen Erdmagnetfeldsensoranordnung (7, 7a), die geeignet ist, für jede der mit ihr erfaßten Richtungen ein Ausgangssignal zu erzeugen, sowie mit mindestens einer mit den Ausgangssignalen beaufschlagten Auswerteinheit (8, 8a), dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteinheit (8, 8a) zur kombinierten Auswertung der Ausgangssignale in der Weise ausgebildet ist, daß sie einen Datensatz generiert, der den Vektor des Erdmagnetfeldes (4) beinhaltet, welches am Ort der Erdmagnetfeldsensoranordnung (7, 7a) herrscht.
Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Erdmagnetfeldsensoranordnung (7, 7a) magnetoresistive Sensoren enthält.
Verwendung der Anordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie zur Überwachung der Belegung von Parkflächen insbesondere in mehretagigen Parkhäusern (3) eingesetzt wird.