DE2651678C2 - Course measuring device for a vehicle - Google Patents

Course measuring device for a vehicle

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DE2651678C2 DE19762651678 DE2651678A DE2651678C2 DE 2651678 C2 DE2651678 C2 DE 2651678C2 DE 19762651678 DE19762651678 DE 19762651678 DE 2651678 A DE2651678 A DE 2651678A DE 2651678 C2 DE2651678 C2 DE 2651678C2
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Description

60° gegeneinander verdrehten Aufnehmerspulen zur Horizontalkomponentenbestimmung. Hier muß eine phasengerechte Addition erfolgen, um den Betrag der Horizontalkomponente bzw. des Erdmagnetfeldes zu erhalten. Diese Änderungen bestimmter Größe werden erfindungsgemäß zum Erkennen der Feldverzerrungen ausgenützt, indem dann die Auswertung des Ausgangswertes des Sensors unterdrückt wird und dafür ein Richtungsgeber 2-um Einsatz kommt, der an sich nicht ausreichend genau arbeitet, jedoch für eine kurze Zeitdauer ausreichend genau istPick-up coils rotated 60 ° against each other for determining the horizontal components. There has to be one here In-phase addition takes place by the amount of the horizontal component or the earth's magnetic field obtain. According to the invention, these changes of a certain size are used to detect the field distortions exploited in that the evaluation of the output value of the sensor is then suppressed and a direction indicator is used for this 2-um use comes in, which in itself is not sufficient works accurately but is sufficiently accurate for a short period of time

Als Richtungsgeber könnte ein den Lenkeinschlag messender Geber benutzt werden, aber auch ein billiger Wendekreisel oder ein billiger Kurskreisel Diese Geber stellen die Änderung der Richtung gegenüber der bei Abschaltung gefahrenen Richtung fest, so daß sich hieraus die augenblickliche Fahrtrichtung ungefähr ergibtA transmitter measuring the steering angle could be used as the direction transmitter, but it could also be a cheaper one Rate gyro or a cheap course gyro These gyros make the change of direction compared to the Shutdown in the direction driven, so that the current direction of travel roughly results from this

Zur Ermittlung der Quadratsumme können zwei gesonderte, um 90° gegeneinander versetzte, in der Horizontalebene angeordnete und auf die Horizontalkomponente des Erdmagnetfelds ansprechende Aufnehmerspulen vorgesehen sein, deren Ausgangssignale einer nachgeschalteten Quadrier- und Summierstufe zugeführt werden. Ist die Summe um einen bestimmter Wert größer oder kleiner als ein vorgegebener Vergleichswert, so wird ein Ausgangssignal erzeugt das dann die Einbeziehung des Signals des anderen Richtungsgebers veranlaßt.To determine the sum of the squares, two separate ones, offset from one another by 90 °, can be used in the horizontal plane arranged and responsive to the horizontal component of the earth's magnetic field be provided, the output signals of which are fed to a downstream squaring and summing stage will. If the sum is greater or less than a specified comparison value by a certain value, then an output signal is generated which is then the Inclusion of the signal of the other direction transmitter caused.

Dies gilt in gleicher Weise, wenn zu den beiden genannten Aufnehmerspulen bekannter Bauart eine dritte für die Vertikalkomponente des Erdmagnetfeldes tritt und dann die Summe der Quadrate aller drei Komponenten gebildet wird. Die einzelnen Aufnehmerspulen können dabei sowohl Teil des Sensors sein, der auf das Erdmagnetfeld anspricht und aus dessen Signalen der Kurswert normalerweise gewonnen wird als auch der Meßmittel, mit deren Hilfe die Feldverzerrungen ermittelt werden.This applies in the same way if, in addition to the two mentioned pick-up coils of known design, a third one is added for the vertical component of the earth's magnetic field and then the sum of the squares of all three components is formed. The individual pick-up coils can be either part of the sensor, responsive to the earth's magnetic field, and is normally obtained from the signals of the rate value and the measuring means, the field distortion is detected with de r s help.

Wertet man zur Ermittlung von Verzerrungen nur die Horizontalkomponenten aus, so muß darauf geachtet werden, daß nicht durch Schräglage des Fahrzeugs und der darauf montierten Aufnehmerspulen Fehlmessungen Zustandekommen. Fehler durch Schräglagen lassen sich durch Verwendung einer Anordnung zur Horizontierung (z. B. kardanische Aufhängung) oder durch rechnerische Berücksichtigung des Neigungswinkels vermeiden. Bei Auswertung aller drei Komponenten spielt dagegen ein Neigungsfehler keine Rolle und Maßnahmen zur Ausschaltung sind nicht notwendig.If only the horizontal components are evaluated to determine distortions, then care must be taken that there are no incorrect measurements due to the inclined position of the vehicle and the pick-up coils mounted on it Come about. Errors due to inclinations can be eliminated by using an arrangement for leveling (e.g. cardanic suspension) or by calculating the angle of inclination. When evaluating all three components, however, a tilt error does not play a role and measures are taken to switch off are not necessary.

Bei Ausnutzung der Vertikalkomponente des Erdmagnetfeldes zur Verzerrungserkennung wird der Betrag der gemessenen Vertikalkomponenten mit einem (von der geographischen Breite abhängigen) vorgegebenen Vergleichswert verglichen, wobei bei Abweichung um einen vorgegebenen Betrag die »Umschaltung« auf den anderen Richtungsgeber erfolgt. Auch hier muß vermieden werden, daß Schräglagen des Fahrzeugs die aufgenommene Vertikalkomponente verfälschen.When the vertical component of the earth's magnetic field is used for distortion detection, the amount of the measured vertical components with a given (depending on the geographical latitude) Comparison value compared, with the »switch« to the other direction indicator takes place. Here, too, it must be avoided that the inclined positions of the vehicle are recorded Falsify the vertical component.

Anhand des Blockschaltbilds der Zeichnung soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert werden. Dort ist mit 1 der Block bezeichnet, der die Aufnehmerspulen für die Horizontalkomponenten enthält, die z. B. den Aufnehmerspulen 36 und 38 der deutschen Patentschrift 8 40 449 entsprechen können. Die im Block 1 gewonnenen Signale werden der Auswerteschaltung 2 zugeführt, die hieraus ein dem Kurswert entsprechendes Signal erzeugt. Dieses wird über den elektronischen Schalter 3 und über den Block 4 dem Navigationsrechner 5 zugeführt, der aus diesem Kurswert und dem vom Weggeber 6 kommenden Signal den Standort ermittelt Der Block 5 kann in Anlehnung an das in der deutschen Patertschrift 23 01 054 beschriebene System, jedoch auch ein Sender sein, der das Kurssignal und das Wegesignal zu einer ortsfesten Station zur dortigen Standortanzeige übermitteltAn exemplary embodiment of the invention is to be explained with the aid of the block diagram of the drawing. There, 1 denotes the block that contains the pick-up coils for the horizontal components that, for. B. the pick-up coils 36 and 38 of German Patent 8 40 449 can correspond. The one in block 1 The signals obtained are fed to the evaluation circuit 2, which generates a value corresponding to the course value Signal generated. This is via the electronic switch 3 and via the block 4 of the navigation computer 5 is supplied, which determines the location from this course value and the signal coming from the transducer 6 The block 5 can be based on the system described in the German patent specification 23 01 054, however also be a transmitter that sends the course signal and the route signal to a fixed station to display the location there transmitted

Die Signale Si und Si der beiden um 80° versetzten Aufnehmerspulen des Blocks 1 für die Horizontalkomponenten werden zusammen mit dem Signal S3 des im Block la untergebrachten Aufnehmerspulen für die Vertikalkomponente (z. B. entsprechend 40/42 der deutschen Patentschrift 8 40 449) dem Quadrier- und Summierglied 7 zugeführt, das ein Signa! S2I + S^ + S^ bildet und dieses Summensignal mit einem vorgegebenen Betrag Svergleicht IstThe signals Si and Si of the two pick-up coils of block 1 offset by 80 ° for the horizontal components, together with the signal S3 of the pick-up coils for the vertical component housed in block la (e.g. corresponding to 40/42 of German patent 8 40 449) Squaring and summing element 7 supplied, which is a Signa! S 2 I + S ^ + S ^ forms and this sum signal is compared with a predetermined amount S actual

15-(S2I +S2Z-I-S2S)I > 4S 15- (S 2 I + S 2 ZIS 2 S) I> 4S

(wobei Δ S ein konstanter vorgegebener Wert ist), so wird vom Block 7 ein das Vorhandensein von starken Verzerrungen des magnetischen Erdfelds an dem Aufnahmeort kennzeichnendes Signal abgegeben, das folgende Vorgänge auslöst:(where Δ S is a constant predetermined value), then block 7 emits a signal which indicates the presence of strong distortions of the earth's magnetic field at the recording location and which triggers the following processes:

1. Der elektronische Schalter 3 wird in die nicht gezeichnete Stellung gebracht (über Leitung 10), so daß nun nicht mehr der Kurswert des Blocks 2 zum Rechner (Sender) 5 gelangt, sondern ein von einem anderen Richtungsgeber abgeleiteter Kurswert1. The electronic switch 3 is brought into the position not shown (via line 10), see above that now the course value of block 2 no longer reaches the computer (transmitter) 5, but one from one course value derived from another direction indicator

2. Im Speicher- und Differenzglied 9 wird über Leitung 11 der bei Auftreten des Ausgangssignals des Blocks 7 von einem billigen und ungenauen Kurskreisel 8 abgegebene augenblickliche Richtungswert gespeichert und in der Folge wird im Block 9 die Differenz zwischen diesem Speicherwert und dem vom Kurskreisel abgegebenen Augenbückswert gebildet. Diese Differenz stellt die Änderung des Kurswerts gegenüber dem Umschaltzeitpunkt dar. Dieser Wert gelangt nun über den Schalter 3 zum Summierglied 4. Anstelle des Kurskreisels könnte auch ein Wendekreisel oder ein Geber für den Lenkwinkeleinschlag verwendet werden.2. In the memory and differential element 9 is via line 11 when the output signal of the occurs The instantaneous direction value given to blocks 7 by a cheap and imprecise course top 8 stored and subsequently in block 9 the difference between this memory value and based on the eye-catching value given by the course top. This difference represents the change of the course value compared to the switchover time. This value is now obtained via switch 3 to the summing element 4. Instead of the course gyro, a rate gyro or a transmitter for the steering angle can be used.

3. Das Ausgangssignal des Blocks 7 bewirkt zusätz-Hch eine Speicherung des zuletzt vor der Umschaltung vom Block 2 abgegebenen Kurswerts im Speicher 12 (über Leitung 13).3. The output signal of block 7 causes additional Hch a storage of the course value last given in the memory before the switchover from block 2 12 (via line 13).

4. Über Leitung 14 wird der Summierblock 4 aktiviert, der nun aus dem Speicherwert des Speichers4. The summing block 4 is activated via line 14, which is now taken from the value stored in the memory

12 und dem vom Block 9 kommenden Änderungswert durch Summen- oder Differenzbildung den neuen Kurswert ermittelt und dem Rechner (Sender) 5 zuführt.12 and the change value coming from block 9 by forming the sum or difference determines the new course value and supplies it to the computer (transmitter) 5.

Mit dem Ende des die Feldverzerrung anzeigenden Ausgangssignals wird dann wieder auf die Auswertung der mittels der im Block 1 befindlichen Sensoren gewonnenen Signale rückgeschaltet.
Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, daß ein an sich bei den gegebenen Verhältnissen nicht einsetzbarer, jedoch preiswerter Sensor unter Benutzung eines ungenauen und billigen zweiten Richtungsgebers, der seinerseits nie allein zur Meßwertgabe benutzt werden könnte, einsetzbar gemacht wird.At the end of the output signal indicating the field distortion, there is a switch back to the evaluation of the signals obtained by means of the sensors located in block 1.
The particular advantage of the invention is that a sensor that cannot be used under the given conditions, but is inexpensive, is made usable using an imprecise and cheap second direction transmitter which, in turn, could never be used solely to provide measured values.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (5)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Kursmeßgerät für ein Fahrzeug, enthaltend einen die Richtung der Fahrzeugachse gegenüber der magnetischen Nordrichtung ermittelnden, auf das Erdmagnetfeld ansprechenden Sensor sowie eine Auswerteschaltung zur Ermittlung des Fahrzeugkurses, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Sensor mit wenigstens zwei unter einem Winkel gegeneinander verdreht angeordneten Aufnehmerspulen zur Messung der Komponenten des Magnetfeldes in der Horizontalebene vorgesehen ist und eine Auswerteschaltung (2) zur Bildung einer vom Betrag der Horizontalkomponente des einwirkenden Magnetfeldes abhängigen Größe vorgesehen ist, wobei diese Größe mit einem Sollwert verglichen wird und ab einer vorgegebenen Abweichung ein Ausgangssignal erzeugt wird, daß ein in einem kurzen Zeitraum ausreichend genau den Kurs oder die Kursänderungen wiedergebender dritter Sensor (8) vorgesehen ist, und daß das Ausgangssignal dazu dient, die von dem dritten Sensor ermittelten Werte für die Zeitdauer dieses Ausgangssignals anstelle der Meßwerte des auf das Erdmagnetfeld ansprechenden Sensors in den Kurswert eingehen zu lassen oder ihn zu bilden.1. Course measuring device for a vehicle, containing a direction of the vehicle axis with respect to the magnetic north, responsive to the earth's magnetic field and a Evaluation circuit for determining the vehicle course, characterized in that a further sensor with at least two pick-up coils arranged rotated at an angle to one another for measuring the components of the magnetic field in the horizontal plane and an evaluation circuit (2) for forming one of the amount of the horizontal component of the acting Magnetic field dependent size is provided, this size compared with a target value is and from a predetermined deviation an output signal is generated that an in a third party reproducing the course or course changes with sufficient accuracy for a short period of time Sensor (8) is provided, and that the output signal is used to determine the determined by the third sensor Values for the duration of this output signal instead of the measured values of the earth's magnetic field appropriate sensor to be included in the course value or to form it. 2. Kursmeßgerät für ein Fahrzeug, enthaltend einen die Richtung der Fahrzeugachsen gegenüber der magnetischen Nordrichtung ermittelnden auf das Erdmagnetfeld ansprechenden Sensor und einen auf die Vertikalkomponente des Erdmagnetfelds ansprechenden weiteren Sensor sowie eine Auswerteeinrichtung zur Ermittlung des Fahrzeugkurses, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vergleichseinrichtung vorgesehen ist, die die vom weiteren Sensor ermittelte Vertikalkomponente mit einer Sollgröße vergleicht und die ab einer vorgegebenen Abweichung infolge von äußeren Störfeldern ein Ausgangssignal erzeugt, daß ein in einem 'kurzen Zeitraum ausreichend genau den Kurs oder die Kursänderung wiedergebender dritter Sensor (8) vorgesehen ist, und daß das Ausgangssignal dazu dient, die von dem dritten Sensor (8) ermittelten Werte für die Zeitdauer dieses Ausgangssignals anstelle der Meßwerte des auf das Erdmagnetfeld ansprechenden Sensors in den Kurswert eingehen zu lassen oder ihn zu bilden.2. Course measuring device for a vehicle, containing a direction of the vehicle axles opposite the magnetic north detecting sensor responsive to the earth's magnetic field and a further sensor responding to the vertical component of the earth's magnetic field and an evaluation device for determining the vehicle course, characterized in that a comparison device it is provided that the vertical component determined by the further sensor with a nominal value compares and an output signal from a specified deviation due to external interference fields produces that a sufficiently accurate course or change of course in a 'short period of time reproducing third sensor (8) is provided, and that the output signal is used to the values determined by the third sensor (8) for the duration of this output signal instead of the measured values of the sensor responding to the geomagnetic field or to include it in the course value to build. 3. Kursmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnehmerspulen um 90° gegeneinander verdreht sind und daß die Auswerteschaltung derart ausgelegt ist, daß sie aus den Meßwerten der Aufnehmerspulen die Quadrate und deren Summe bildet, welche die von dem einwirkenden Magnetfeld abhängige Größe darstellt.3. Course measuring device according to claim 1, characterized in that the pick-up coils by 90 ° against each other are rotated and that the evaluation circuit is designed such that it is based on the measured values of the pick-up coils form the squares and their sum, which forms those of the acting Represents a magnitude dependent on the magnetic field. 4. Kursmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Aufnehmerspulen in einer Ebene um 90° gegeneinander verdreht und eine dritte Aufnehmerspule senkrecht dazu angeordnet sind und daß die Auswerteschaltung (2) derart ausgebildet ist, daß sie aus den Meßwerten der Aufnehmerspulen die Quadrate und deren Summe bildet, welche die von dem einwirkenden Magnetfeld abhängige Größe darstellt.4. Course measuring device according to claim 1, characterized in that two pick-up coils in one Plane rotated by 90 ° against each other and a third pick-up coil are arranged perpendicular to it and that the evaluation circuit (2) is designed in such a way that it is based on the measured values of the pick-up coils the squares and their sum forms, which is the dependent on the applied magnetic field Represents size. 5. Kursmeßgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Sensor wenigstens teilweise durch den auf das Erdmagnetfeld ansprechenden Sensor gebildet wird.5. Course measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the further Sensor is formed at least partially by the sensor responsive to the earth's magnetic field. Die Erfindung betrifft ein Kursmeßgerät für ein Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 oder 2.The invention relates to a course measuring device for a vehicle according to the preamble of claim 1 or 2. Sensoren, die auf das Erdmagnetfeld ansprechen und den Winkel zwischen der magnetischen Nordrichtung und der augenblicklichen Ausrichtung des Sensors, d. h. der Fahrzeuglänge messen, sind in vielfältiger Form bekannt. Es wird als Beispiel auf die Anordnung der F i g. 1 des deutschen Patents Nr. 8 40 449 hingewiesen.Sensors that respond to the earth's magnetic field and the angle between magnetic north and the current orientation of the sensor, d. H. Measure the vehicle length are known in many ways. As an example, the arrangement of FIG. 1 of German Patent No. 8 40 449. ίο Werden solche auf das Erdmagnetfeld ansprechende Sensoren in einer Umgebung verwendet, die zeitweise Verzerrungen des Erdmagnetfeldes verursacht, so können sehr große Meßfelder festgestellt werden. Dies ist z. B. bei Einsatz solcher Sensoren auf im Stadtbereich verkehrenden Fahrzeugen der Fall, da hier einerseits durch Eisenmassen in den benachbarten Gebäuden Umlenkungen des Magnetfeldes und andererseits durch Gleichstrom führende Leiter, z. B. Straßenbahnoberleitungen, verfälschende Feldübertragungen zustandekommen können. Dabei können Verfälschungen der Messung bis zu 30° eintreten. Andererseits ist jedoch der Einsatz solcher preiswerter Sensoren z. B. als Richtungsgeber für das aus der deutschen Patentschrift Nr. 23 01 054 bekannte Standortanzeigesystem von Fahrzeugen in einer Stadt von größtem Interesse.ίο Are those responsive to the earth's magnetic field Sensors used in an environment that temporarily causes distortions of the earth's magnetic field, so can very large measuring fields can be determined. This is e.g. B. when using such sensors in urban areas This is the case with vehicles on the move, because on the one hand there are diversions due to iron masses in the neighboring buildings the magnetic field and on the other hand by direct current leading conductors, z. B. overhead tram lines, falsifying field transmissions can occur. This can falsify the Measure up to 30 °. On the other hand, however, the use of such inexpensive sensors z. B. as a directional giver for the vehicle location display system known from German Patent No. 23 01 054 in a city of great interest. Aus der DE-OS 24 00 002 eine Kursmeßvorrichtung bekannt, die drei orthogonal angeordnete Spulen aufweist zur Bestimmung des Erdfeldvektors. Zur Sensierung der Lotrechten ist diese Kursmeßvorrichtung mit einem Vertikalkreisel verbunden, wodurch die Horizontalkomponente des Erdmagnetfeldes bestimmt werden kann. Zur Kompensation von Störfeldern (hartmagnetische Felder des Flugzeugs) wird hier vorgeschlagen, die Spulen mit Gleichströmen entsprechender Größe zu beaufschlagen. Dieses Verfahren mag zwar für Flugzeuge, die sich in einem relativ ungestörten Erdmagnetfeld bewegen, ausreichen, für Landfahrzeuge ist aus obengenannten Gründen, welche die kurzzeitige Verfälschung der Messungen bis 30° bewirken, diese Kompensation nicht ausreichend.From DE-OS 24 00 002 a course measuring device is known which has three orthogonally arranged coils to determine the earth field vector. This course measuring device is included to sense the vertical connected to a vertical gyro, whereby the horizontal component of the earth's magnetic field can be determined can. To compensate for interference fields (hard magnetic fields of the aircraft), it is proposed here that To apply direct currents of the appropriate size to coils. This procedure may apply to aircraft, moving in a relatively undisturbed geomagnetic field are sufficient for land vehicles from the above Reasons that cause the short-term falsification of the measurements up to 30 °, this compensation unsatisfactory. Aus der DE-OS 25 55 484 ist ebenfalls ein Kompensationsverfahren für eine Kursmeßvorrichtung in einem Flugzeug dargestellt. Dieses berücksichtigt nur Schräglagewinkel, die von einer zusätzlichen Azimut-Referenz sensiert und wobei ein entsprechendes Korapensationssignal gebildet wird.From DE-OS 25 55 484 is also a compensation method for a course measuring device in one Airplane shown. This only takes into account lean angles from an additional azimuth reference sensed and a corresponding Korapensationssignal is formed. Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, die Einsatzmöglichkeiten von derartigen Sensoren auch dort zu ermöglichen wo zeitweise verfälschte Erdmagnetfelder auftreten und zumindest ungefähr die Fahrtrichtung dauernd als Meßgröße zur Verfügung stehen muß.The object on which the invention is based is to identify the possible uses of such To enable sensors also where at times falsified geomagnetic fields occur and at least approximately the direction of travel must be permanently available as a measured variable. Gelöst wird diese Aufgabe bei einem Kursmeßgerät gemäß dem Patentanspruch 1 oder 2 durch die kennzeichnenden Merkmale des jeweiligen Anspruchs.This object is achieved in a course measuring device according to claim 1 or 2 by the characterizing Features of the respective claim. Die erfindungsgemäße Ausbildung beruht auf der Tatsache, daß in einem begrenzten Gebiet die Vertikalkomponente des Magnetfeldes bzw. der Betrag des Erdmagnetfeldes und somit die Summe der Quadrate der unter 90° zueinander gemessenen Horizontalkomponenten plus dem Quadrat der Vertikalkomponente als konstant anzusehen ist und daß bei wesentlichen Feldschwächungen durch die Eisenmassen der Häuser bzw. wesentlichen Feldüberlagerungen durch Gleichströme sich auch die Größe der genannten Hilfsgrößen (Vertikalkomponente bzw. Quadratsummen) stark ändern. Der Erfindungsgedanke läßt sich auch bei anderer (als 90°) Komponentenausmessung anwenden; z. B. mit dreiThe design according to the invention is based on the fact that in a limited area the vertical component of the magnetic field or the amount of the earth's magnetic field and thus the sum of the squares of the Horizontal components measured at 90 ° to each other plus the square of the vertical component as is to be considered constant and that in the case of significant field weakening by the iron masses of the houses or The size of the mentioned auxiliary variables (vertical component or sums of squares) change significantly. The idea of the invention can also be used with others (than 90 °) apply component measurement; z. B. with three
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