DE2146817A1

DE2146817A1 - Kursanzeiger

Info

Publication number: DE2146817A1
Application number: DE19712146817
Authority: DE
Inventors: Klas Rudolf Dipl.-Ing. Täby Wiklund (Schweden). P GOIs 9-64
Original assignee: AGA AB
Current assignee: AGA AB
Priority date: 1970-09-18
Filing date: 1971-09-18
Publication date: 1972-03-23
Also published as: SE345519B; GB1358417A; CA928268A; US3844051A; DE2146817C3; DE2146817B2

Description

Patentanwalt

Dipl.-Ing. H. Strohschänk 18. 9. 1971 -sff(₅)

8 München 60 268-959P

Musäusstraße 5

AGA AKTIEBOLAG, Lidingö 1 (Schweden)

Kursanzeiger

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kursanzeiger für Fahrzeuge mit Eigenantrieb, insbesondere für Landfahrzeuge, mit einem Wendezeiger, einem davon gesteuerten Integrator und einem Komparator, der ein der Differenz zwischen den vom Integrator einerseits und von einem magnetischen Kurssignalgeber andererseits gelieferten Azimutalinformationen entsprechendes Ausgangssignal erzeugt und an eine Steuerstufe abgibt, welche die Azimutalinformation am Ausgang des Integrators entsprechend der im Komparator ermittelten Differenz korrigiert und außerdem ein Tiefpaßfilter für die Entfernung von im Komparatorausgangssignal enthaltenen hochfrequenten Störkomponenten aufweist.

Der Vorteil, der für Kursanzeigesysteme für Fahrzeuge mit der Verwendung eines Wendezeigers anstelle einer vollständigen Kreiseleinrichtung mit drei Wellen verbunden ist, ist in der einschlägigen Technik seit langem bekannt. Dieser Vorteil besteht in den erheblich geringeren Gestehungskosten, die sich wiederum aus dem relativ einfachen mechanischen Aufbau eines Wendezeigers ergeben, der nur eine kursempfindliche Welle besitzt. Auf der anderen Seite ist ein Wendezeiger einer vollständigen Kreiseleinrichtung mit drei Wellen insofern unterlegen, als sein Auegangssignal primär nur Information über Kursänderungen, also über Azirautalabweichungen führt, während es keinen Aufschluß Über den

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absoluten Wert der Kursdaten relativ zu einer vorgegebenen Bezugslinie, als die int allgemeinen die Sichtung der Feldlinien des magnetischen Erdfeldes dient, zu geben vermag, was eine Bestimmung der tatsächlichen Bahn des Fahrzeugs gestatten würde. Bei dieser Sachlage ist es für die Gewinnung einer solchen absoluten Sursinformation erforderlich, das Ausgangesignal des Wendezeigers kontinuierlich aufzuintegrieren. Der einfachere Aufbau des Wendezeigers führt jedoch außerdem zu einer erheblich geringeren Genauigkeit, als sie für einen üblichen Kurskreisel charakteristisch ist. D*r bei jeder Kursänderung auftretende Fehler liegt im allgemeinen bei 2 . Da nun diese Fehler durch die oben erwähnte laufende Aufintegration der Ausgangssignale des Wendezeigers ebenfalls aufsummiert werden, ist zusätzlich eine kontinuierliche Kompensation " dieser Kreieeldrift durch Korrektur des Ausgangssignals erforderlich.

Für diesen Zweck ist es bekannt, einen durch den Wendezeiger gesteuerten Integrator und einen Komparator zu verwenden, der ein Aus» gangssignal liefert, das der Differenz zwischen den Azimutalinformationen proportional ist, die einerseits vom Integrator und andererseits von einem magnetischen Kurssignalgeber geliefert werden, der die momentane Ausrichtung des Fahrzeugs relativ zu den Feldlinien des magnetischen Erdfeldes ermittelt. Bei Anwendung dieses Korrekturprinzips ergibt sich jedoch eine sehr wesentliche praktische Schwierigkeit dadurch, daß die Feldlinien des magnetischen Erdfeldes nicht geradlinig verlaufen, sondern durch verschiedene Störquellen beeinflußt werden. Die verbreitetste Art solcher Störquellen sind größere Eisenkonstruktionen wie Brücken, die vor allem in dicht besiedelten Gebieten vorkommen. Diese Störquellen verändern das magnetische Erdfeld in solcher Weise, daß sich ein Magnetfeld ergibt, dessen Feldlinien gekrümmt oder sonst unregelmäßig verlaufen. Wenn nun ein mit einem magnetischen Kurssignalgeber der oben erörterten Art ausgerüstetes Fahrzeug ein solches gestörtes Magnetfeld passiert, so erzeugen die Störquellen hochfrequente Störsignale, die sich dem primären Nutzsignal überlagern. Zwar könnte man daran denken, solche Bauschkomponenten im Signal mittels eines an den Komparatorausgang angeschlossenen Tiefpaßfilters zu unterdrücken, auch bei Ausrüstung mit einem solchen Tilter bleibt jedoch die Genauigkeit des Kursanzeigers als Ganzes unbefriedigend.

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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Kursanzeiger der eingangs erwähnten Art zu schaffen, der sich durch eine höhere Genauigkeit als die bisher bekannten Kursanzeiger auezeichnet.

Sie gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Grenzfrequenz des Tiefpaßfilters in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs über Grund in der Weise variabel ist, daß einer Geschwindigkeitszunahme eine Erhöhung der Grenzfrequenz entspricht.

Die erfindungsgemäße Ausbildung führt zu einem Kursanseiger, der die Vorteile niedriger Gestehungskosten mit hoher Genauigkeit und Betriebszuverlässigkeit in sich vereint.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Grenzfrequenz des Tiefpaßfilters eine lineare funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit. Dabei ist dann beispielsweise die Folgefrequenz für die Ausgangsimpulse eines Fahrgeschwindigkeitsmessers der Grenzfrequenz des Tiefpaßfilters direkt proportional. In Weiterbildung der Erfindung kann außerdem vorgesehen sein, daß die vom Komparator betriebene Steuerstufe für den Integrator bei Absinken' der Fahrzeuggeschwindigkeit unter einen vorgegebenen Grenzwert blockierbar ist.

Der Integrator selbst kann von vielerlei Bauart sein, bevorzugt ist jedoch eine Ausbildung als mechanische Servoeinrichtung. In diesem Falle kann der Wendezeiger auf der Kurswelle der Servoeinrichtung angebracht werden, was einen kompakten und vereinfachten Aufbau ergibt und die Gestehungskosten weiter vermindert. Der Komparator kann dann ein auf der Kurswelle der Servoeinrichtung sitzender Drehmelder sein, während für den magnetischen Kurseignalgeber eine vom Komparator getrennte Anordnung oder eine Vereinigung damit in einem auf der Kurswelle der Servoeinrichtung sitzenden magnetischen Detektor in Frage kommt. Diese zweite Variante führt zu einer Vereinfachung im Kontrollabschnitt des Kursanzeigers, da dann der magnetische Kurssignalgeber nicht mehr eine auf die magnetische Nordrichtung bezogene Azimutalinformation, sondern nur noch einen Gleichgewichts- oder Nullwert fest-

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legen muß, der einer Bezugsrichtung mit willkürlich gewählter Winkelabweichung von der magnetischen Nordrichtung entspricht.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht; es zeigen;

Fig. 1 ein Blockschaltbild für den Allgemeinaufbau eines erfindungsgemäß ausgebildeten Kursanzeigers;

Fig. 2 ein mehr ins einzelne gehendes Schaltbild für eine besondere und bevorzugte Ausführungsform für einen erfindungsgemäß ausgebildeten Kursanzeiger.

Das Blockschaltbild von Fig. 1 enthält sieben miteinander verbundene Blöcke 1 bis 7, in die jeweils eine Kurzbezeichnung für ihren wesentlichsten Bestandteil eingetragen ist. Bas Zusammenwirken der Blöcke 1 bis 7 soll nunmehr kurz erläutert werden.

Der Block 1 enthält einen Wendezeiger - einen sogenannten "Geschwindigkeitskreisel¹¹ - der in bekannter Weise ein Signal abgibt, das die zeitliche Ableitung des Kurses darstellt. Dieses Signal wird dem Block 2, dem Integrator, zugeführt, in dem die entsprechende Information aufintegriert wird. Wie jedoch bereits oben dargelegt ist, schließt diese Integration auch die Fehler mit ein, die auf die relativ geringe, einem Wendezeiger eigene Genauigkeit zurückgehen. Ebenfalls oben ist bereits ausgeführt worden, daß sich die aufeinanderfolgenden Fehler bei jeder Kursänderung in der Integration aufsummieren. Zur Kompensation dieser Erscheinung wird das integrierte Ausgangssignal dem Block 5» dem Komparator, zugeführt, wo es mit dem Auegangssignal von Block ?, dem magnetischen Kurssignalgeber, verglichen wird. Das als Ergebnis dieses Signalvergleichs entstehende Differenzsignal wird dann über den Block 3, der ein Tiefpaßfilter enthält, auf Block 2, den Integrator, zurückgekoppelt, und nach der so vorgenommenen Korrektur wird das Kursanzeigesignal aus dem Integrator (Block 2) an Block 6, der ein Anzeigegerät üblicher Art enthält, weitergegeben und dort in digitaler oder analoger Form unter Einschluß bildlicher Darstellung angezeigt.

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Wie ferner bereits oben ausgeführt ist, besteht die Aufgabe des Tiefpaßfilters darin, die hochfrequenten Störkomponenten im Ausgangssignal des !Comparators zu eliminieren, die beim Durchfahren von Gebieten entstehen, in denen das magnetische Erdfeld gestört ist. Dabei wird erfindungsgemäß die Erkenntnis ausgenutzt, daß die Frequenz dieser Störkomponenten der Geschwindigkeit des Fahrzeugs über Grund proportional ist, und entsprechend dieser Erkenntnis ist eine kontinuierliche Anpassung der Grenzfrequenz des Tiefpaßfilters an den Momentanwert der Fahrzeuggeschwindigkeit über Grund vorgesehen. Diese Anpassung erfolgt mit Hilfe von Steuersignalen, die in Impulsform von Block h, dem Fahrgeschwindigkeitsmesser, abgegeben werden. Das Ausgangssignal von Block ^f wird nach der Darstellung in Fig. 1 in Block 3 eingegeben und steuert dort die Filtereigenschaften des Tiefpaßfilters, indem es dessen effektive Grenzfrequenz verschiebt. Diese Verschiebung der Grenzfrequenz kann auf verschiedene Weise bewirkt werden, eine bestimmte Ausführungsmöglichkeit ist unten in Verbindung mit der Erläuterung von Fig. 2 beschrieben.

In Fig. 2 besitzt ein Wendezeiger 10 einen Kompaßbügel mit einer Fühlwelle 11, die vertikal steht und drehbar in einem Gehäuse 12 gelagert ist, das auch die elektrische Schaltung für den Kreiselbetrieb enthält. Ein Kreisel dieser Bauart liefert bekanntlich ein Ausgangssignal, das der Geschwindigkeit proportional ist, mit der sich der Kreisel um die Fühlwelle 11 dreht. Das Gehäuse 12 kann eich relativ zum Fahrzeug frei drehen und ist starr mit einer Welle 13 verbunden, die in Fig. 2 mit strichpunktierten Linien angedeutet ist und in Lagern 14 gedreht werden kann. Am unteren Ende der Welle 13 ist ein Zahnrad 15 darauf aufgekeilt, das mit einem Ritzel 16 kämmt und über dieses von einem elektrischen Servomotor 17 angetrieben werden kann. Der Geschwindigkeitekreisel aue dem Wendeseiger 10, der Fühlwelle 11 Und dem Gehäuse 12 bildet zusammen mit der Welle 13, dem Zahnrad 15, dem Bitzel 16 und den Servomotor 17 eine mechanische Servoeinrichtung, welche die Funktion des oben in Verbindung mit Fig. 1 beschriebenen Integrators'übernimmt. Die ßervoschleife dieser Servoeinrichtung enthält einen Verstärker 18 und einen Block 19 alt unten erläuterter Arbeitsweise.

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Die Welle 13 bildet die Kurswelle des Servosystems und trägt einen Drehmelder 20, dessen Primärkreis mit einer Wechselspannung gespeist wird. Bas dreiphasige Ausgangssignal des Drehmelders 20 wird einer Anzeigeeinrichtung zugeführt, in der es mittels eines zweiten Drehmelders 22 in eine mechanische Drehbewegung für eine Welle 23 umgesetzt wird, die ihrerseits unmittelbar mit einem Anzeigeinstrument 2h für die Anzeige des Fahrzeugkurses verbunden ist.

Der oben beschriebene Kursanzeiger arbeitet nun folgendermaßen. Wenn sich der Kurs des Fahrzeuge ändert und der Geschwindigkeitskreisel als Reaktion darauf ein elektrisches Ausgangssignal abgibt, gelangt dieses über den Block 19 und den Verstärker 18 zum Servomotor 1?. Dieser dreht daraufhin über die Getriebeübersetzung aus dem Ritzel 16 und dem Zahnrad 15 die Welle 13, die Kurswelle der mechanischen Servoeinrichtung um einen Winkel, der dem zu der vorgenommenen Kursänderung gehörigen Azimutalbetrag äquivalent ist.

Wie oben erwähnt ist die Genauigkeit eines Wendezeigers 10 relativ gering und führt die Integration der aufeinanderfolgenden Kursänderungen entsprechenden Kursinformationssignale des Wendezeigers 10 zu einer Aufsummierung auch der sich aus dieser geringen Genauigkeit ergebenden Fehler. Daher erweist sich eine laufende Kompensation dieser Fehler als erforderlich, und diese erfolgt mit Hilfe eines magnetischen Kurssignalgebers 25, der die Ausrichtung der Fahrzeuglängsachse gegenüber dem magnetischen Erdfeld ermittelt. Der Kurseignalgeber 25 ist mechanisch mit einem dritten Drehmelder 26 verbunden, dessen dreiphasiges Ausgangssignal einem vierten Drehmelder 27 zugeführt wird. Da der vierte Drehmelder 27 auf der Welle 131 der Kurswelle des mechanischen Servosystems sitzt, wirkt er als Komparator und gibt ein Ausgangssignal ab, das die Differenz zwischen dem Momentanwert der Winkelstellung der Welle 13 einerseits und der Azimutalinformation aus dem Kurssignalgeber 25 andererseits wiedergibt. Das Ausgangssignal des Drehmelders 28 besitzt die Form einer amplitudenmodulierten Wechselspannung, die einem Demodulator 28 zugeführt wird. Dieser wiederum liefert ein Ausgangssignal für die Speisung einer Steuerstufe 29 mit

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einem Tiefpaßfilter für die Entfernung der in der oben erläuterten Weise entstehenden Störsignale. Sas gefilterte Ausgangssignal der Steuerstufe 29 wird dann in den Block 19 eingegeben, wo es mit dem Ansgangssignal des Geschwindigkeitskreiseis addiert wird. Auf diese Weise erhält der Servomotor 17 über den Verstärker 18 ein Korrektursignal, das die Winkellage der Helle 13 als der Kurswelle des Servo-■ systems so einstellt, daß das Ausgangssignal des als Komparator arbeitenden Drehmelders 27 zu Null wird.

Sie Steuerstufe 29 besitzt erfindungsgemäß einen zweiten Eingang, dem ein Signal von einem Impulsgeber 30 'zugeführt wird. Dieser Impulsgeber 3a ist so aufgebaut und wird so betrieben, daß die Folgefrequenz seiner Ausgangsimpulse eine Funktion der Eahrzeuggeschwindigkeit ist. Bei einer praktisch gebauten Ausführungsform der Erfindung kann diese Impulsfolgefrequenz so gewählt werden, daß dae Zeitintervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen einer Fahrstrecke zwischen 0,3 und 1,2 m für das fahrzeug entspricht. Das entsprechende Informationssignal dient in dex Steuerstufe 29 zur Verschiebung der Grenzfrequenz für das Tiefpaßfilter in der Weise, daß eine Zunahme der Fahrzeuggeschwindigkeit von einer Zunahme der effektiven Grenzfrequenz für das Tiefpaßfilter in entsprechendem Umfange begleitet wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungeform der Erfindung besteht die Steuerstufe 29 aus zwei Hauptabschnitten, nämlich dem eigentlichen Tiefpaßfilter einerseits und einem Verstärker mit variablem Verstärkungsfaktor andererseits. Bei dieser Ausführung wird die gewünschte Steuerung durch Variation des Verstärkungsfaktors für den Verstärker in Entsprechung zur Fahrzeuggeschwindigkeit und vorzugsweise als eine lineare Funktion davon erzielt. Diese Arbeitsweise ergibt nach den obigen Darlegungen eine automatische und kontinuierliche Kompensation der Fehler, da die Frequenz der Störsignale eine Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit ist. Mit anderen Worten ausgedrückt kann diese Kompensation als eine kontinuierliche Anpassung der FiItereigenschaften für die Steuerstufe 29 an den Momentanwert der

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Fahrzeuggeschviindigkeit betrachtet werden. Diese Anpassung kann naturgemäß auch mit anderen technisch bekannten Mitteln erfolgen, und die oben beschriebene Methode mit Steuerung des Verstärkungsfaktors stellt nur eine von mehreren verschiedenen Möglichkeiten für eine Verschiebung der effektiven Grenzfrequenz für das Tiefpaßfilter dar.

Nach einem speziellen Merkmal der Erfindung kann die Steuerstufe auch als vom Impulsgeber 350 gesteuerter Schalter dienen, wodurch man eine Beeinflussung des Servomotors 17 durch den magnetischen Kurssignalgeber 25 für eine Fahrzeuggeschwindigkeit mit dem Wert Null oder nahe dem Wert Null verhindern kann. Dieses Blockieren der Steuerung erfolgt durch Öffnen der Servoschleife an der Steuerstufe 291 was die Gefahr ausschaltet, daß starke lokale Verzerrungen im resultierenden Magnetfeld bei solch langsamen Fahrzuständen Korrektureignale erzeugen, die zu falschen Kursinformationen führen würden.

In manchen Fällen können der als Komparator wirkende Drehmelder und der magnetische Kurssignalgeber 25 zu einem magnetischen Detektor vereinigt werden, der dann auf der Welle 13 der mechanischen Servoeinrichtung angeordnet wird. Da dann der magnetische Kurssignalgeber nur mehr einen Gleichgewichts- oder Nullwert liefern muß, der einer Bezugsrichtung entspricht, deren Winkelabweichung von der magnetischen Nordrichtung beliebig gewählt werden kann, läßt sich der Steuerteil des Systems erheblich vereinfachen.
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Patentansprüche;

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Claims

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Patentansprüche

1J Kursanzeiger für Fahrzeuge mit Eigenantrieb, insbesondere für !landfahrzeuge, mit einem Wendezeiger, einem davon gesteuerten Integrator und einem Komparator, der ein der Differenz zwischen den vom Integrator einerseits und von einem magnetischen Kurssignalgeber andererseits gelieferten Azimutalinformationen entsprechendes Ausgangssignal erzeugt und an eine Steuerstufe abgibt, welche die Azimutalinformation am Ausgang des Integrators entsprechend der im Komparator ermittelten Differenz korrigiert und außerdem ein Tiefpaßfilter für die Entfernung von im Komparatorausgangssignal enthaltenen hochfrequenten S-törkomponenten aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzfrequenz des Tiefpaßfilters (3; 29) in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs über Grund in der Weise variabel ist, daß einer Geschwindigkeitszunahme eine Erhöhung der Grenzfrequenz entspricht.
2. Kursanzeiger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzfrequenz des Tiefpaßfilters (3; 29) eine lineare Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit ist.
3. Kursanzeiger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Komparator (5; 2?) betriebene Steuerstufe (29) für den Integrator (2; 17) bei Absinken der Fahrzeuggeschwindigkeit unter einen vorgegebenen Grenzwert blockierbar ist.
k. Kursanzeiger nach einem der Ansprüche 1 bis 3t dadurch gekennzeichnet, daß der Integrator (2) als mechanische Servoeinrichtung (17) ausgebildet ist.
5. Kureanzeiger nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet, daß der W«nd*zeiger (10) auf der Kurswelle (13) der Servoeinrichtung (17) angeordnet ist.

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6. Kursanzeiger nach Anspruch 4 oder 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Komparator (5) aus einem auf der Kurswelle (13) der Servoeinrichtung (17) sitzenden Drehmelder (27) besteht.
7. Kursanzeiger nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Kuresignalgeber (25) vom Komparator (27) getrennt angeordnet ist.
8. Kursanzeiger nach einem der Ansprüche k bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Komparator (5) und der magnetische Kurssignalgeber (7) in einem auf der Kurswelle (13) eier Servoeinrichtung (17) sitzenden magnetischen Detektor vereinigt sind.

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