DE2922413A1

DE2922413A1 - Vehicle speed measurement for dead reckoning navigation - using cross-correlation of longitudinally separated accelerometer output signals to eliminate wheel slip error

Info

Publication number: DE2922413A1
Application number: DE19792922413
Authority: DE
Inventors: Karl Uwe Krogmann
Original assignee: Bodenseewerk Geratetechnik GmbH
Current assignee: Bodenseewerk Geratetechnik GmbH
Priority date: 1979-06-01
Filing date: 1979-06-01
Publication date: 1980-12-04

Abstract

A device for measuring the speed of vehicles on land is applicable to dead reckoning navigation and produces highly accurate measurements independent of the effects of wheel perimeter deviations from the nominal value and of wheel slip w.r.t. the ground. Two accelerometers are mounted along the vehicle longitudinal axis with their input axes parallel to the vertical axis of the vehicle and their output signals fed to a cross-correlator. The max. of the cross-correlator function is determined by a max. detector. The abscissa value of the max. is input as the denominator to a divider whose numerator is the longitudinal se pn. of the accelerometers and whose output is the vehicle speed signal. The accelerometers are mounted vertically above each vehicle axle.

Description

Vorrichtung zur Messung der Geschwindigkeit von LandfahrzeugenDevice for measuring the speed of land vehicles

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der Geschwindigkeit von Landfahrzeugen.The invention relates to a device for measuring speed of land vehicles.

Für die Koppelnavigation, d.h. für die Bestimmung der Position aus Kurs und Geschwindigkeit, ist eine sehr genaue Bestimmung der Geschwindigkeit erforderlich. Üblicherweise wird die Geschwindigkeit des Fahrzeugs dabei aus den Umdrehungen von Antriebsrädern abgeleitet. Diese Messungen sind meist mit erheblichen Fehlern behaftet. Eine Fehlerquelle ist beispielsweise eine Abweichung des Umfanges der Antriebsräder von dem angenommenen Wert. Eine andere, schwer erfaßbare Fehlerquelle ergibt sich aus dem Schlupf der Räder auf dem Boden.For dead reckoning, i.e. for determining the position Course and speed, a very precise determination of the speed is required. Usually the speed of the vehicle is derived from the revolutions of Drive wheels derived. These measurements are usually fraught with considerable errors. One source of error is, for example, a deviation in the circumference of the drive wheels from the assumed value. Another source of error that is difficult to detect arises from the slip of the wheels on the ground.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Messung der Geschwindigkeit von Landfahrzeugen zu schaffen, die einen Geschwindigkeitsmeßwert mit hoher Genauigkeit und unabhängig von den Einflüssen des Radumfangs und des Schlupfs liefert.The invention is based on the object of a device for measuring the speed of land vehicles to provide a speed reading with high accuracy and independent of the influences of the wheel circumference and the slip supplies.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß (a) an dem Fahrzeug in Richtung der Fahrzeuglängsachse gegeneinander versetzt zwei Beschleunigungsmesser vorgesehen sind, (b) die Eingangsachsen der Beschleunigungsmesser im wesentlichen parallel zur Fahrzeughochachse liegen, (c) die von den beiden Beschleunigungsmessern gelieferten Beschleunigungssignale auf einen Kreuzkorrelator geschaltet sind, (d) ein Maximumdetektor zur Bestimmung des Maximums der von dem Kreuzkorrelator gelieferten Kreuzkorrelationsfunktion ."'uorgesehen ist und (e) der Abszissenwert dieses Maximums als Nennergröße auf einen Quotienttnbildner gegeben wird, der als Zählergröße den Längsabstand der Beschleunigungsmesser erhält und ein die Fahrzeuggeschwindigkeit wiedergebendes Signal liefert.According to the invention this object is achieved in that (a) on the Two accelerometers offset from one another in the direction of the vehicle's longitudinal axis (b) the input axes of the accelerometers are essentially parallel to the vertical axis of the vehicle, (c) that of the two accelerometers delivered acceleration signals are switched to a cross correlator, (d) a maximum detector for determining the maximum of those supplied by the cross correlator Cross-correlation function. "'Is provided and (e) the abscissa value of this maximum is given as a denominator to a quotient generator, which is used as the numerator Longitudinal distance the accelerometer is given and a vehicle speed reproducing signal supplies.

Durch Bodenunebenheiten wird das Fahrzeug Vertikalbeschleunigungen unterworfen. Die durch eine bestimmte Bodenunebenheit, z.B. eine Schwelle, hervorgerufene Vertikalbeschleunigung wird zunächst am vorderen Teil des Fahrzeugs und mit einer Zeitverzögerung am hinteren Teil des Fahrzeugs wirksam. Ein am vorderen Teil des Fahrzeugs und ein am hinteren Teil des Fahrzeugs angebrachter Vertikalbeschleunigungsmesser liefern somit infolge dieser bestimmten Bodenunebenheit Beschleunigungssignale, die um eine Zeit tM gegeneinander zeitverschoben sind. Diese Zeitverschiebung tM hängt mit der Fahrzeuggeschwindigkeit vF und dem x Längsabstand D der Beschleunigungsmesser nach der Beziehung F (1) TM = D . v x F zusammenhängt. Aus xM und D könnte daher v bestimmt werden.The vehicle is subject to vertical acceleration due to uneven ground subject. The one caused by a certain unevenness in the floor, e.g. a threshold Vertical acceleration is first at the front of the vehicle and with a Time delay effective at the rear of the vehicle. One at the front of the Vehicle and a vertical accelerometer attached to the rear of the vehicle thus deliver acceleration signals as a result of this certain unevenness of the ground, which are time-shifted from one another by a time tM. This time shift tM depends on the vehicle speed vF and the x longitudinal distance D of the accelerometer after the relationship F (1) TM = D. v x F is related. From xM and D could therefore be determined as v.

x Das Fahrzeug fährt nun in der Praxis nicht über diskrete Schwellen o.dgl. sondern über ein sich kontinuierlich änderndes, unregelmäßiges Bodenprofil. Aus diesem Grunde werden die Signale der beiden Beschleunigungsmesser einem Kreuzkorrelator zugeführt. Ein Kreuzkorrelator liefert bekanntlich als Funktion einer Zeitverschiebungs das Zeitintegral wobei A1 (t)das Signal des vorderen und A2(t-s ) das Signal des hinteren Beschleunigungsmessers ist. Die Signale A 1(t) und A2(t) haben ähnlichen Verlauf, sind aber um eine Zeit M M gegeneinander phasenverschoben. Bei unregelmäßigen, teils positiven, teils negativen Beschleunigungssignalen wird diese tlKreuzkorrelationsfunktion dort ein Maximum haben, wo A(t) ungefähr gleich A2 (t- S ) ist, wo also der durch den Längsabstand D bedingten Phasenverschiebung der durch das Bodenprofil an den beiden Beschleunigungsmessern hervorgerufenen Beschleunigungssignale entspricht. Dann ergibt sich nämlich als zu integrierendes Produkt ein Quadrat, also eine stets positive Funktion, während bei anderen Werten von 1 das Produkt unregelmäßig teils positive, teils negative Werte annimmt.x In practice, the vehicle does not drive over discrete thresholds or the like. but a continuously changing, irregular soil profile. For this reason, the signals from the two accelerometers are fed to a cross-correlator. As is known, a cross correlator supplies the time integral as a function of a time shift where A1 (t) is the front accelerometer signal and A2 (ts) is the rear accelerometer signal. The signals A 1 (t) and A2 (t) have a similar profile, but are phase-shifted from one another by a time MM. In the case of irregular, partly positive, partly negative acceleration signals, this tl cross-correlation function will have a maximum where A (t) is approximately equal to A2 (t-S), i.e. where the phase shift caused by the longitudinal distance D is caused by the soil profile on the two accelerometers Corresponds to acceleration signals. Then the product to be integrated is a square, i.e. an always positive function, while with other values of 1 the product irregularly assumes partly positive, partly negative values.

Aus dem Maximum der Kreuzkorrelationsfunktion R(r) kann somit s M F bestimmt werden, aus welchem sich wiederum vF nach Gleichung x (1) zu ergibt.From the maximum of the cross-correlation function R (r), s M F can thus be determined, from which vF in turn results according to equation x (1) results.

Vorteilhafterweise sind die Beschleunigungsmesser vertikal über je einer Fahrzeugachse angeordnet.Advantageously, the accelerometers are vertically above each arranged on a vehicle axle.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert: Fig. 1 zeigt schematisch ein Fahrzeug mit zwei in einem Längsabstand voneinander angeordneten Vertikalbeschleunigungsmessern.An embodiment of the invention is hereinafter referred to explained in more detail on the accompanying drawings: Fig. 1 shows schematically a vehicle with two vertical accelerometers arranged at a longitudinal distance from one another.

Fig. 2 zeigt die zugehörige Signalverarbeitung. Fig. 2 shows the associated signal processing.

Fig. 3 zeigt den Verlauf einer typischen Kreuzkorrelationsfunktion bei einer Anordnung nach Fig. 1 und 2. 3 shows the course of a typical cross-correlation function in an arrangement according to FIGS. 1 and 2.

In Fig. 1 ist mit 10 ein Fahrzeug bezeichnet, welches mit einer F Geschwindigkeit vF über ein Bodenprofil 12 fährt. An dem x Fahrzeug 10 sind in Richtung der Fahrzeuglängsachse gegeneinander versetzt ein vorderer Beschleunigungsmesser 14 und ein hinterer Beschleunigungsmesser 16 vorgesehen. Der Längsabstand der Beschleunigungsmesser 14 und 16 voneinander ist mit D bezeichnet.In Fig. 1, 10 denotes a vehicle which is marked with an F Speed vF travels over a soil profile 12. At the x vehicle 10 are in the direction of the vehicle's longitudinal axis is offset by a front accelerometer 14 and a rear accelerometer 16 are provided. The in-line distance of the accelerometer 14 and 16 of each other is labeled D.

Die Eingangsachsen des Beschleunigungsmesser 14,16 liegen parallel zur Fahrzeughochachse. Der Beschleunigungsmesser 14 ist vertikal über der vorderen Fahrzeugachse 18 angeordnet, und der Beschleunigungsmesser 16 sitzt vertikal über der hinteren Fahrzeugachse 20. Der vordere Beschleunigungsmesser 14 liefert infolge der Bodenunebenheiten ein Beschleunigungssignal A1(t). Der hintere Beschleunigungsmesser 16 liefert ein im Signalverlauf ähnliches aber zeitlich gegen das Beschleunigungssignal A1 (t)verschobenes Beschleunigungssignal A2(t).The input axes of the accelerometer 14, 16 are parallel to the vertical axis of the vehicle. The accelerometer 14 is vertically above the front one Arranged vehicle axle 18, and the accelerometer 16 sits vertically over of the rear vehicle axle 20. The front accelerometer 14 delivers as a result the uneven ground an acceleration signal A1 (t). The rear accelerometer 16 supplies a signal which is similar in terms of the signal curve but in relation to the acceleration signal in terms of time A1 (t) shifted acceleration signal A2 (t).

Die beiden Beschleunigungssignale A1(t) und A (t) sind auf 1 2 einen Kreuzkorrelator 22 geschaltet. Der Kreuzkorrelator 22 liefert eine Kreuzkorrelationsfunktion R(c) gemäß Gleichung (2).The two acceleration signals A1 (t) and A (t) are on 1 2 one Cross correlator 22 switched. The cross correlator 22 provides a cross correlation function R (c) according to equation (2).

Eine typische Kreuzkorrelationsfunktion R(t) ist in Fig. 3 dargestellt.A typical cross-correlation function R (t) is shown in FIG.

Die Kreuzkorrelationsfunktion R(7) hat ein Maximum. Ein Maximumdetektor 24 bestimmt das Maximum der von dem Kreuzkorrelator 22 gelieferten Kreuzkorrelationsfunktion R(7). Der Abszissenwert1 dieses Maximums wird als Nennergröße auf einen Quotientenbildner 26 gegeben. Der Quotientenbildner 26 erhält als Zählergröße den Längsabstand D. Er liefert gemäß Gleichung (3) ein die Fahrzeuggeschwindigkeit wiedergebendes Signal.The cross-correlation function R (7) has a maximum. A maximum detector 24 determines the maximum of the cross-correlation function supplied by the cross-correlator 22 R (7). The abscissa value1 of this maximum is used as a denominator for a quotient 26 given. The quotient generator 26 receives the longitudinal distance D as a numerator variable. According to equation (3), it supplies a signal that represents the vehicle speed.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, weist die Kreuzkorrelationsfunktion R(7) außer dem Maximum beitM ein weiteres, schwächeres Maximum beic = 0 auf. Dieses Maximum entsteht dadurch, daß sich z.B. ein Stoß auf die Achse 18 nicht nuram Beschleunigungsmesser 14 sondern abgeschwächt auch am Beschleunigungsmesser 20 auswirkt.As can be seen from FIG. 3, the cross-correlation function In addition to the maximum at M, R (7) has a further, weaker maximum atic = 0. This Maximum arises from the fact that, for example, an impact on the axis 18 occurs not only at the accelerometer 14 but also has a weakened effect on the accelerometer 20.

Claims

Claims 1. Device for measuring the speed of Land vehicles, characterized in that (a) on the vehicle (io) in the direction two accelerometers (14,16) offset from one another along the longitudinal axis of the vehicle are provided, (b) the input axes of the accelerometers (14, i6) substantially parallel to the vertical axis of the vehicle, (c) that of the two accelerometers (i4,16) delivered acceleration signals (A1 (t) A1 (t), A (t)) 1 A2 (t)) to a Cross correlator (22) are connected, (d) a maximum detector (24) for determination the maximum of the cross-correlation function supplied by the cross-correlator (22) (R (%)) is provided and (e) the abscissa value (M) of this maximum as the denominator is given to a quotient generator (26), which counts as the longitudinal distance (D) the accelerometer (14,16) receives and a vehicle speed (vF) delivers the reproducing signal.

x 2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the Accelerometer (i4, i6) arranged vertically over one vehicle axle (18, 20) are.