DE3120317A1

DE3120317A1 - "richtungsanzeiger"

Info

Publication number: DE3120317A1
Application number: DE19813120317
Authority: DE
Inventors: Akira Oobu Kuno; Muneaki Okazaki Matsumoto; Koji Toyokawa Numata
Original assignee: Nippon Soken Inc
Current assignee: Soken Inc
Priority date: 1980-05-23
Filing date: 1981-05-21
Publication date: 1982-02-18
Also published as: JPS6035851Y2; DE3120317C2; US4399615A; JPS56172710U

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Richtungsanzeiger zur Anzeige der Richtung der Fortbewegung eines mobilen Objekts, wie beispielsweise eines Fahrzeugs, auf der Grundlage des Ausgangssignäls eines Richtungssensors.

Als Richtungsanzeiger zur Anzeige der Richtung entsprechend dem Ausgangssignal eines Richtungssensors, der auf den Erdmagnetismus eingestellt ist, ist ein Richtungsanzeiger betrachtet worden, bei dem Kompensationsmagnete extern als Einrichtung zur Kompensierung der Verzerrung des Ausgangssignäls des Richtungssensors aufgrund derartiger Gründe wie des Einflusses des verbleibenden Magnetismus(Restmagnetismus) vorgesehen sind.

Dieser bekannte Aufbau erfordert jedoch die Berücksichtigung verschiedener Gesichtspunkte, wie der Anordnung, der Zahl und der magnetischen Flußdichte der Kompensationsmagnete, die extern angebracht sind, um die magnetische Verzerrung des Ausgangssignals des Richtungssensors auf-

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grund derartiger Ursachen wie Restmagnetismus etc. zu beseitigen; deshalb treten verschiedene Schwierigkeiten bei der Kompensation auf. Da zusätzlich die Charakteristik der Ausgangsverzerrung bei unterschiedlichen Richtungssensoren unterschiedlich ist, variiert die Kompensation mit jedem Richtungssensor.

Die Erfindung ist in Anbetracht der vorstehend erläuterten Probleme gemacht worden und hat zur Aufgabe, einen Richtungssensor zu schaffen, der mit einem Justierteil zur Voreinstellung von Gleichstrom-Magnetfeldern versehen ist, die den verbleibenden Magnetismus in einem Richtungssensor dadurch aufheben, daß Gleichströme gegebener Stärke durch zwei Ausgangsspulen des Richtungssensors fließen, und die die Maximalwerte der Ausgangssignale der beiden Ausgangsspulen dadurch gleich machen, daß die Verstärkung dieser Ausgangssignale eingestellt wird, was eine genaue Bestimmung der richtigen Richtung durch die Kompensation des Ausgangssignals des Richtungs-

*" sensors bezüglich des■Einflusses des verbleibenden Magnetismus usw. erlaubt, ohne daß irgendwelche Kompensationsmagnete vorgesehen sind.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungs- ^ beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 2 die Wellenformen der Signale zur Erläuterung der Arbeitsweise' des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1,

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Fig. 3 und 4 Darstellungen zur Erläuterung des

Grundprinzips der Arbeitsweise des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1 ,

Fig. 5 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung, und

Fig. 6A bis 6E schematisch verschiedene Beispiele der Hauptanzeige von Hauptanzeigern.

Fig. 1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem ein Richtungsanzeiger verwendet wird, der auf einer 8-Segment-Digitalanzeige beruht. Mit 1 ist ein Richtungssensor bezeichnet, der eine um einen ferromagnetischen Kern 1C gewickelte Erregerspule 1D sowie Ausgangsspulen 1A und 1B aufweist, die hierum senkrecht zueinander gewickelt sind. Mit 2 ist ein Oszillator bezeichnet, der ein rechteckiges Ausgangssignal (siehe Fig. 2 (a)) zum Erregen der Erregerspule id mit einer Frequenz.f abgibt. Das Magnetfeld in dem Kern 1C varriert entsprechend der Intensität H der Horizontalkomponente des Erdmagnetfelds; Ausgangssignale proportional zu dieser Intensität werden von den entsprechenden Ausgangsspulen 1A und 1B abgegeben und an Filter 3A bzw. 3B angelegt, die Ausgangssignale X¹ bzw. Y¹ (vergleiche Fig. 2(b) und (c)) mit einer Frequenz 2f abgeben. Die Ausgangssignale X¹ und Y¹ variieren mit der Orientierung des Richtungssensors, d. h. entsprechend der Fortbewegungsrichtung des Fahrzeugs oder dgl., in

^ou dem der Richtungssensor angebracht ist. Wenn der Richtungssensor 1 in einem parallelen Magnetfeld (mit einer horizontalen Komponente der Feldstärke H) gedreht wird und man die X- und Y-Komponenten des verbleibenden Magnetismus (im folgenden Restmagnetismus) H_n im Rich-

tungssensor mit H₁,., und H-. sowie die Proportionalitätskonstanten für die Ausgangsspulen 1A und 1B mit Κ_χ und

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Κγ sowie eine Referenzspannung mit V bezeichnet, besteht folgende Relation zwischen den Werten der Ausgangssignale X¹ und Y¹ zum Zeitpunkt des Signals B einer Zeitschaltung 4, wie es in Fig. 2(d) gezeigt ist, und dem Drehwinkel Q des Richtungssensors:

= Κ_χ·Η_Ξ1ηθ + Κ_γ·Η_ηγ +ν

(hierbei ist K_v eine Konstante)

und

(hierbei ist Κ_γ eine Konstante).

Wenn V_ = 0 (Volt) ist, beschreiben die X¹- und Y¹- *~ Koordinaten eine elliptische Ortskurve,deren Mitte aus dem Ursprung, wie in Fig. 3 gezeigt, verschoben ist. Um die X-Komponente H_nv des Restmagnetismus H_n in dem Richtungssensor 1 durch die Erzeugung eines Gleichstrom Magnetfeldes H_v aufzuheben, wird die Einstellspannung

V_v einer X-Ausgangs-Einstellschaltung 5A (auf etwa 1/10 des Maximalwertes der Referenzspannung V + das Rechtecksignal A) dadurch eingestellt, daß ein Strom I_v in der Ausgangsspule A fließt; um die Y-Komponente Η_βγ des Restmagnetismus H_n durch die Erzeugung eines Gleich-

strom-Magnetfeldes H_y aufzuheben, wird die Einstellspannung ν_γ einer Y-Ausgangs-Einstellschaltung 5B (auf etwa 1/10 des Maximalwertes der Rechteckspannung V +_ das Rechtecksignal A) dadurch eingestellt, daß ein Strom I in der Ausgangsspule 1B fließt. Dadurch, daß der Restmagnetismus H_n in dem Richtungssensor 1 mit den X- und Y-Ausgangs-Einstellschaltungen 5A und 5B aufgeho-

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ben wird, die ein Einstellteil bilden, und die Maximalwerte der Ausgangssignale X und Y durch die Verstärkungs-Einstellwiderstände V__v und V_._v gleich gemacht werden,

KÄ Kx

besteht folgende Relation zwischen den Werten der Ausgangssignale X und Y der X- und Y-Ausgangs-Einstellschaltungen 5A und 5B zum Zeitpunkt des Signals B der Zeitschaltung 4 (vergleiche Fig. 2(d) und dem Drehwinkel θ des Rxchtungs sensors 1 :

X = K.Hslne + V
c

und

Y = K.Hcose + V
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(hierbei ist K eine Konstante). Wenn V=O (Volt), beschreiben die X- und Y-Koordinaten eine kreisförmige Ortskurve mit einer Größe (Radius kH (Volt), wobei k eine Konstante ist) die proportional der Horizontalkomponente H des Erdmagnetfeldes am Ursprung ist, wie in Fig. 4 gezeigt ist (H ist im wesentlichen eine Konstante entsprechend dem jeweiligen Gebiet auf der Erde). Im Falle einer 8-Segment-Digitalanzeige sind, wenn ein Segmentmit einem Winkel von 45 ° angeordnet ist, die vorgegebenen Vergleichsspannungen V₁ und V_:

V₁ = K-Hsin 22.5° * 0.3827 kH (volt) und

V₂ = -K-sin 22.5° Φ -0.3827 kH (volt).

Die durch Einstellen der Signale der Ausgangsspulen 1A und 1B erhaltenen Signale werden in drei unter-

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schiedliche Signal-Pegelabschnitte eingeteilt.

Die von den Werten der Ausgangssignale X und Y beschriebene Ortskurve wird mit Verringerung des Erdmagnetismus aufgrund externer Einflüsse verringert und mit der Erhöhung des Erdmagnetismus aufgrund externer Einflüsse vergrößert. Da die Vergleichsspannungen V₁ und V₂ in jedem Gebiet auf der Erde fest sind, ist es offensichtlich, daß die angezeigte Fortbewegungsrichtung des Fahrzeuges stark von der wahren Richtung abweicht, wenn der Erdmagnetismus stark gestört ist. Die vorge- _t gebenen Spannungen V₁ und V~ werden zu dem Vergleich verwendet, um zu bestimmen, ob der Erdmagnetismus wesentlich verringert ist, und die vorgegebenen Vergleichsspannungen V„ und V- werden für den Vergleich verwendet, um zu bestimmen, ob der Erdmagnetismus wesentlich erhöht ist. Die Vergleichsspannungen V„ und V_T werden auf:

V_H = 1.5 kH ( Volt)
und

V_L = -1.5 kH (Volt)

eingestellt.

Vergleicher 6A, 6B, 6C und 6D ("MC3302P" von Motorola Company) in Fig. 1 vergleichen das X-Ausgangssignal mit den entsprechenden Vergleichsspannungen V₁, V₂, V„ und V₁. ; Vergleicher 6E, 6F, 6G und 6H vergleichen das Y-Ausgangssignal mit den vorgenannten Vergleichsspannungen. Die Vergleicherausgangssignale 6A bis 6H stellen zusammen die entsprechende Fortbewegungsrichtung des Fahrzeuges dar, wie dies in der untenstehenden Tabelle gezeigt ist:

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	X	\	6d	O	•o	O	1	0	1	NC2
Y	\	6f	6c	O	O	1	0	L	0
6h	6g	O	6b	NCl	σ	W
0	0	O	\ba 6e\	N	NO	NW
0	ί	1	O	S	SO	SW
1	ο	>	1
	O
<^

Wenn beispielsweise an den Ausgängen 6a und 6b der Pegel "0" ansteht am Ausgang 6e der Pegel "1" und am Ausgang 6f der Pegel "0" ist die Fortbewegungsrichtung "N" (Nord). Wenn am Ausgang 6a der Pegel '"!",am Ausgang 6b der Pegel "O'^am Ausgang 6e der Pegel "1" und am Ausgang 6f der Pegel "0" ansteht, ist die Fortbewegungsrichtung "NO" (Nordost). Die Komparatorausgange 6A, 6B, 6 E und 6F sind mit einem Decoder 7 mit einer Sperre verbunden ("TC4514BP" von Tokyo Shibaura Denki Company). Wenn die X- und Y-Ausgangssignale im Normalbereich liegen (die Bereiche außer den Bereichen NC1 und NC2) sind die Vergleicherausgange 6A, 6B, 6E und 6F zum Zeitpunkt des Signales B, das durch die Zeitschaltung 4 durch eine Rückhalteschaltung 8 eingekoppelt wird, gesperrt und die decodierten Ausgangssignale werden an eine Logikschaltung 9 gelegt; das Logik-Ausgangssignal wird an ein Anzeigeteil 10 für Digitalanzeige der Fortbewegungsrichtung des Fahrzeuges oder dgl. gelegt.

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' Wenn die Feldstärke des Erdmagnetismus zu niedrig ist, d. h. wenn die X- und Y-Ausgangssignale im Bereich NC1 sind, oder wenn die Feldstärke zu hoch ist, d. h. wenn die X- und Y-Ausgangssignale im Bereich im NC2 sind, wirkt die Rückhalteschaltung 8 so, daß sie das

Anlegen des Signals B der Zeitschaltung 4 an den "Strobe"· Eingangsanschluß des Decoders mit Sperre verhindert. Somit bleiben, bis das Signal B anschließend an den Strobe-Anschluß gelegt wird, die decodierten Ausgänge '" ungeändert, so daß die Anzeige der Fortbewegungsrichtung so gehalten wird, wie sie unmittelbar vor Eintreten der Störung des Erdmagnetismus war, bis der normale Erdmagnetismus wieder erreicht ist.

'^ Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel ist mit einer 8-Segment-Digitalanzeige ausgerüstet; es ist selbstverständlich, daß im Falle einer 4N-Segment-Di'gitalanzeige ( N = 1, 2, ...) der Anzeigefehler zwischen der angezeigten Fahrzeug-Fortbewegungsrichtung und

der wahren Richtung aufgrund einer großen Störung des Erdmagnetismus durch den Vergleich der Ausgangssignale der X- und Y-Ausgangs-Einstellschaltungen 5A und 5B mit dem niedrigsten absoluten Spannungspegel unter N-vorgegebenen Spannungspegeln sowie mit den vorgegebenen

Spannungspegeln V„ und V₇. minimiert werden kann. Ferner

rl _ Li

ist ein Rechtecksignal A mit einer Frequenz f zum Anregen der Anregungsspule 1D mit dem Oszillator 2 verwendet worden; es ist jedoch auch möglich, ein sinusförmiges Signal hierfür zu verwenden. Der Digitalanzeigeteil

der Anzeigeeinheit 8 kann Fluoreszenz-Lumineszenz-Röhren, gewöhnlich Lampen, LEDs, etc. verwenden; ferner kann er auf Symbolanzeigen beruhen.

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Fig. 5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Richtungssensors. Während bei dem ersten Ausführungsbeispiel die Fortbewegungsrichtung digital angezeigt worden ist, erfolgt bei diesem Ausführungsbeispiel eine analoge Anzeige der Fortbewegungsrichtung. Gleiche Teile in Fig. 5 sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Mit 11A und 11B sind Halteschaltungen zum Halten der X- bzw. Y-Ausgangssignale zum Zeitpunkt des' Signals von der Zeitschaltung 4 bezeichnet.

Mit 12 ist ein Analog-Anzeigeteil zur analogen Anzeige der Fortbewegungsrichtung des Fahrzeugs entsprechend den Ausgängen der Halteschaltungen 11A und 11B bezeichnet. Wenn der Erdmagnetismus stark gestört wird, wird ähnlich wie im Fall des ersten Ausführungsbeispiels das Signal B von der Zeitschaltung 4 durch die Rückhalteschaltung 8 zurückgehalten, so daß die Ausgangssignale der Halteschaltungen 11A und 11B auf den Werten gehalten werden, die sie unmittelbar vor Auftreten der Störung des Erdmagnetismus hatten. Somit zeigt die Anzeigeeinheit kontinuierlich die Richtung unmittelbar vor der Störung an, bis der normale Erdmagnetismus wieder erreicht ist.

Als nächstes sollen Beispiele für die Anzeige eines anormalen Feldes mittels der Anzeiger,-10 und 12 und der Leuchtdiode 111 unter Bezugnahme auf die Fig. 6A bis 6E beschrieben wird. Die Fig. 6A bis 6C zeigen Beispiele für eine Anormal-Feld-Anzeige, mittels des digitalen Kopfanzeigers 10 und der Leuchtdiode 111; die Fig. 6D und 6E zeigen Beispiele für eine Anormal-Feld-Anzeige mittels des analogen Kopfanzeigers 12 und der Leuchtdiode 111. Zuerst soll auf die Fig. 6A und 6B Bezug genommen werden. Die Bezugszeichen 10a bis 10h bezeichnen Anzeigeelemente zur Anzeige von acht Fo'rtbewegungsrichtungen, die derart aufgebaut sind, daß lediglich das Element, das der gemessenen Fortbewegungsrichtung entspricht, leuchtet; das Bezugszeichen 111 bezeichnet

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die Leuchtdiode. In Fig. 6C bezeichnen die Bezugszeichen 10k bis 1On symbolische Anzeigen zur Anzeige der Fahrzeug-Fortbewegungsrichtung, die derart aufgebaut ist, daß die Anzeige 10k und 101 gleichzeitig eingeschaltet werden und die anderen ausgeschaltet werden, wenn die Fortbewegungsrichtung NO bzw. nordostwärts ist; lediglich die Anzeige 1Om ist eingeschaltet und die anderen sind ausgeschaltet, wenn die Richtung Süd bzw. südwärts ist usw. Die Leuchtdiode 111 leuchtet, wenn eine Abnormalität des Erdmagnetfeldes gemessen wird. In den Fig. 6D und 6E bezeichnet das Bezugszeichen 12a eine Anzeigenadel und 12b ein Anzeigefeld. Die Nadel 12a wird entsprechend der Fortbewegungsrichtung des Fahrzeuges zur Anzeige der Richtung bewegt und die Leuchtdiode 111 arbeitet in derselben Weise wie bei den vorstehenden Beispielen.

Wie vorstehend beschrieben worden ist, wird erfindungsgemäß ein Gleichstrom-Magnetfeld zum Aufheben des Restmagnetismus in dem Richtungssensor, der in den .

Erdmagnetismus gestellt ist, dadurch erzeugt, daß Gleichströme vorgegebener Stärke durch zwei Ausgangsspulen des Richtungssensors fließen, wobei die Maximalwerte der Ausgangssignale dieser beiden Ausgangsspulen gleich durch die Einstellung der Verstärkung der Ausgangssignale gemacht werden, so daß es möglich ist, zuverlässig den verbleibenden Magnetismus im Richtungssensor aufzuheben und die Verzerrung der Ausgangssignale zu beseitigen, was eine genaue Messung der wahren Richtung

ermöglicht, ohne daß die Notwendigkeit besteht, irgendwelche Kompensationsmagnete vorzusehen.

Beschrieben wird ein Richtungsanzeiger, der einen

Richtungssensor mit einer Anregungsspule, die um einen

Kern gewickelt ist, und zwei Ausgangsspulen aufweist.

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die hierum gewickelt sind und einander unter rechten Winkeln kreuzen; ein Gleichstrom gegebener Größe wird den beiden Ausgangsspulen zugeführt und ein Gleichstrom-Magnetfeld derart erzeugt, daß die Maximalwerte der Ausgangssignale einander gleich durch Einstellen der Verstärkung der AusgangsSignaIe gemacht werden.

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Leerseite

Claims

TlEDTKE - BüHLING-jKlNr«:

Griipp - Ppi ι μΓμμ" *-"---" "--" — Dipl.-Ing. H.Tiedtke

V3RUPE r ELLMANN Dipi.-Chem. G. Bühling

Dipl.-Ing. R. Kinne . Dipl.-Ing. R Grupe

3120317 Dipl.-Ing. B. Pellmann

Bavariaring 4, Postfach 20 2403

8000 München 2

Tel.: 089-539653

Telex: 5-24845 tipat

cable: Germaniapatent München

21.Mai 1981 DE 1243 /case A5358-02 Soken

' Patentansprüche

( 1. !Richtungsanzeiger, gekennzeichnet durch einen Richtungssensor, der einen Kern, eine um den Kern gewickelte und in das Erdmagnetfeld gestellte Anregungsspule und zwei Ausgangsspulen aufweist, die um den Kern gewickelt sind und einander unter rechten Winkeln kreuzen, um gegenüberliegende Abschnitte des Kerns zu umgeben, eine Einrichtung zum Bestimmen einer bestimmten Richtung auf der Grundlage des Signals, das mittels der beiden Ausgangsspulen des Richtüngssensors erhalten wird, eine Einrichtung, die ein Gleichstrom-Magnetfeld erzeugt, das den Restmagnetismus in dem Richtungssensor dadurch aufhebt, daß Gleichströme gegebener Intensität durch die Ausgangsspulen fließen und die Maximalwerte der Ausgangssignale der beiden Ausgangsspulen dadurch gleich macht, daß die Verstärkung der Ausgangssignale eingestellt wird.
2. Anzeiger nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Oszillatorschaltung zur Erregung der Sensor-Anregungswindung, eine Zeitschaltung zur Erzeugung eines Zeitsignals synchron zu der Oszillatorschaltung, eine Einrichtung, die die Ausgangssignale der Sensor-Ausgangswindungen filtert, eine Vergleichseinrichtung, die die gefilterten Ausgangssignale mit einer ersten und zweiten Referenzspannung zum Zwecke der Erfassung der Normalität des Erdmagnetfeldes

Mü/rs 13 0 0 6 7/0838

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und einer dritten und vierten Referenzspannung zum ' Zwecke der Erfassung von Abnormalitäten des Erdmagnetfeldes vergleicht, eine Decoder/Sperrschaltung, die auf den Vergleich der Ausgangssignale der Vergleichsschaltung anspricht, die aus dem Vergleich zwischen den gefilterten Ausgangssignalen und der ersten und zweiten Referenzspannung und dem Zeitsignal resultiert, um ein decodiertes Signal zu erzeugen, eine Rückhalteschaltung, die auf alle Ausgangssignale der Vergleichseinrichtung anspricht, um so eine Störung des Erdmagnetfeldes zu erfassen und dabei das Anlegen des Zeitsignals an der Decoder/Sperrschaltung zu verhindern, sowie eine Logikeinrichtung, die auf das decodierte Signal anspricht.
3. Anzeiger nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Oszillatorschaltung zum Erregen der Sensor-Anregungswindungen, eine Zeitschaltung zum Erzeugen eines Zeitsignals synchron mit der Oszillatorschaltung, eine Einrichtung zum Filtern der Ausgangssignale der Sensor-Ausgangswindungen, eine Vergleichseinrichtung zum Vergleichen der gefilterten Ausgangssignale mit einer ersten und zweiten Referenzspannung zum Zwecke der Erfassung eines normalen Erdmagnetfeldes und einer dritten und vierten Referenzspannung zum Zwecke der Erfassung eines abnormalen Erdmagnetfeldes, eine Halteschaltung zum Halten des gefilterten Ausgangssignals ansprechend auf das Zeitsignal, eine Rückhalteschaltung, die auf alle Ausgangssignale der Vergleichseinrichtung anspricht, um so Störungen des Erdmagnetfeldes zu erfassen und hierbei

■30 das Anlegen des Zeitsignals an der Halteschaltung zu verhindern, sowie eine Analog-Anzeigeeinrichtung zur Anzeige der gehaltenen Signale.

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