DE3141439A1

DE3141439A1 - Azimutermittlungsvorrichtung

Info

Publication number: DE3141439A1
Application number: DE19813141439
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Toyota Arai; Sei Kariya Iguchi; Masahiro Inazu; Testuya Inoue; Hajime Aichi Itoh; Ken Toyota Kawahashi; Kazuhide Nagoya Makita; Yoshiharu Mineo; Hisatoshi Ohta; Hiroaki Chiryu Sasaki
Original assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Jidosha Kogyo KK; NipponDenso Co Ltd
Current assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 1980-10-20
Filing date: 1981-10-19
Publication date: 1982-07-01
Also published as: JPS5772110U; US4413424A; JPS6212976Y2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Azimutermittlungsvorrichtung zum Bestimmen des Kurses bzw. der Ausrichtung eines bewegbaren Körpers wie beispielsweise eines Fahrzeugs.

Bei einer Vorrichtung zum Ermitteln des Azimuts aufgrund des Ausgangssignals eines dem Erdmagnetismus ausgesetzten Azimutsensors wurde vorgeschlagen, außerhalb des Azimutsensors Kompensationsmagnete zum Kompensieren einer durch einen Restmagnetismus an dem Azimutsensor verursachten Verfälschung des Ausgangssignals anzubringen.

Bei dieser herkömmlichen Anordnung müssen jedoch verschiedenerlei Faktoren wie die Anzahl der Kompensationsmagnete,

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ihre Anbringungslage und ihre Magnetstärke berücksichtigt werden, was komplizierte Gerätschaften für die Kompensation erforderlich macht. Ferner ist bei jedem Azimutsensor eine andere Kompensation notwendig, da jeder Sensor andere Eigenschaften hinsichtlich der Ausgangssignal-Verfälschung hat.

Im Hinblick auf die vorstehend angeführten Schwierigkeiten liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Azimutermittlungsvorrichtung zu schaffen, die es ermöglicht, den wahren Azimut durch Kompensieren der von dem Restmagnetismus an dem Azimutsensor verursachten Verfälschung des Ausgangssignals des Azimutsensors zu ermitteln; dies soll erfindungsgemäß in der Weise erfolgen, daß der Azimutsensor in eine · bestimmten Richtung ausgerichtet wird und eine Abweichung eines Zweikomponenten-Meßsignals des Sensors gegenüber der bestimmten Richtung durch Einstellen des Zweikomponenten-Meßsignals in einer Einstellschaltung in Übereinstimmung mit einer Abweichungs-Anzeigeschaltung korrigiert wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist eine schematische System-Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Azimutermittlungsvorrichtung.

Fig. 2 sind Kurvenformdiagramme für die Erläuterung der Wirkungsweise der Azimutermittlungsvorrichtung.

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Fig. 3 und 4 sind Darstellungen für die Erläuterung des Arbeitsprinzips der Azimutermittlungsvorrichtung.

Fig. 5 und 6 sind Außenansichten der Azimutermittlungsvorrichtung.

Fig. 7 a bis 7 e sind Darstellungen zur Erläuterung der Einstellung eines Nullpunkts.

Die Fig. 1 ist eine System-Darstellung, die als Ausführungsbeispiel der Azimutermittlungsvorrichtung einen Azimut-Kompaß mit einer achtteiligen digitalen Anzeige zeigt.

je 1 ist ein Azimutsensor, bei dem auf einen ferromagnetischen Kern IC eine Erregungswicklung ID und ein Paar einander kreuzender Ausgabewicklungen IA und IB gewickelt sind. 2 ist ein Oszillator, der komplementäre Wechselstromsignale A und B (Fig. 2 (1) und 2 (2)) mit einer Frequenz f zur Speisung der Erregungswicklung ID erzeugt. Die Stärke des Magnetfelds in dem Kern IC ändert sich entsprechend einer Horizontalkomponente H des Erdmagnetismus, so daß die Ausgabewicklungen IA und IB elektrische Ausgangssignale abgeben, die der Horizontalkomponente

des Erdmagnetismus proportional sind. Die Signale werden über Filter 3A und 3B geführt, wobei Ausgangssignale X¹ und Y¹ erzielt werden, die eine Hauptfrequenzkomponente 2f haben (Fig. 2(3) und 2(4)). Diese Ausgangssignale X¹

_ar. und Y¹ ändern sich in Abhängigkeit von der Ausrichtung des Azimutsensors, nämlich der Ausrichtung des mit dem Sensor ausgestatteten Fahrzeugs. Wenn der Azimutsensor 1 in einem parallelen Magnetfeld mit einer Horizontalkomponenten-Stärke H gedreht wird, können in Bezug auf den Drehwinkel θ des Sensors 1 die Ausgangssignale X¹ und

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Y¹ an dem Ort eines Signals C (Fig. 2(5)) aus einer Zeitgeberschaltung 4 folgendermaßen ausgedrückt werden:

X¹ = KX · H sin θ + KX · HBX + Vc (KX: konstant)
Y¹ = KY » H cos Θ+ KY · HBY + Vc (KY: konstant)

wobei HBX und HBY die X-Komponente bzw. die Y-Komponente des Restmagnetismus des Azimutsensors 1 sind, KX und KY charakteristische Konstanten der Ausgabewicklungen IA bzw. IB sind und Vc eine Bezugsspannung ist. Wenn Vc OV ist, stellt der geometrische Ort der vorstehenden Gleichungen eine Ellipse dar, die gemäß der Darstellung in der Fig. 3 gegenüber dem Ursprung bzw. Nullpunkt versetzt

ist.
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In einer Einstellschaltung 10 wird ein Potentiometer 1OE eingestellt, um damit eine Bezugsspannung 10b für einen aus einem Rechenverstärker 1OL (uPC1251 von NIPPON ELECTRIC CO., LTD.) und Widerständen 1OJ und 1OK gebildeten invertierenden Verstärker so zu verändern, daß die auf der X-Komponente HBX des Restmagnetismus HB des Azimutsensors 1 beruhende, in der Ausgabewicklung IA induzierte Ausgangsspannung KX · HBX aufgehoben wird. Zugleich wird in der Einstellschaltung 10 ein Potentiometer 1OB eingestellt, um eine Bezugsspannung 10a für einen aus einem Rechenverstärker 101 (uPC1251 von NIPPON ELECTRIC CO.,
LTD.) und Widerständen 1OG und 1OH gebildeten invertierenden Verstärker so zu verändern, daß die auf der Y-Komponente HBY des Restmagnetismus HB beruhende, in der Ausgabewicklung IB induzierte Ausgangsspannung KY-HBY aufgehoben wird. Durch das Aufheben der Wirkung des Restmagnetismus HB des Azimutsensors 1 mittels der Einstellschaltung 10 und durch Einstellen bzw. Wählen der Widerstände 1OG

und 1OJ oder 1OH und 1OK in der Weise, daß Ausgangssignale

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X und Y der Einstellschaltung 10 den gleichen Maximalwert haben, ergeben sich für die Ausgangssignale X und Y in Bezug auf den Drehwinkel θ des Azimut sensors 11 an der

Stelle des Signals C (Fig.2(5)) aus der Zeitgeberschaltung 4 die folgenden Beziehungen:

X= K · H sin O₊Vc

Y = K-H cos θ + Vc (K : konstant)

wobei K eine Konstante ist. Bei Einstellung von Vc auf OV wird der geometrische Ort gemäß den vorstehenden Gleichungen ein Kreis gemäß der Darstellung in Fig. 4, dessen Mitte in dem Ursprung bzw. Nullpunkt liegt und dessen

JP₁ Radius (KH in Volt, wobei K eine Konstante ist) zu der Horizontalkomponentenstärke H des Erdmagnetismus proportional ist (wobei H ein ortsbedingter Wert ist und innerhalb eines bestimmten Gebiets praktisch konstant ist). Bei der Bedienung der Einstellschaltung 10 wird zuerst der Azimutsensor 1 so ausgerichtet, daß die Achse der Ausgabewicklung IA mit der Richtung des Magnetfelds H zusammenfällt, und dann das Potentiometer 1OB in der Einstellschaltung 10 eingestellt. Wenn die auf der X-Kornponente des Restmagnetismus FB beruhende Ausgangsspannung KY-HBY an der Ausgabewicklung IB bis zu einem Bereich einer Spannungsfehlerkomponente (VH-VL) heruntergeregelt wurde, leuchtet eine Leuchtdiode HJ in einer Anzeigeschaltung 11 auf. Darauffolgend wird der Azimutsensor 1 so ausgerichtet, daß die Achse der Ausgangswicklung

^ow IB mit der Richtung des Magnetfelds H übereinstimmt, und dann das Potentiometer 1OE in der Einstellschaltung 10 eingestellt. Wenn die auf der X-Komponente HBX des Restmagnetismus HB beruhende Ausgangsspannung KX'HBX an der

Ausgabewicklung IA bis zu dem Bereich der Spannungsfeh-35

lerkomponente (VH — VL) heruntergeregelt wurde, leuchtet

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in der Anzeigesohaltung 11 eine Leuchtdiode 111 auf. Damit wird mittels der Leuchtdioden 111 und HJ in der Anzeigeschaltung 11 der Abschluß der Einstellung angezeigt, bei der der geometrische Ort der Ausgangssignale X und Y an der Stelle des Signals C (Fig.2 (5)) aus der Zeitgeberschaltung 4 einen Kreis bildet, dessen Mitte innerhalb eines Spannungsfehlerbereichs (VH - VL) an dem Ursprung bzw. Nullpunkt liegt.

Bei der Schaltungsanordnung des als Ausführungsbeispiel beschriebenen Azimutkompasses können die Potentiometer 1OB und 1OE der Einstellschaltung 10 und die Leuchtdioden HI und HJ der Anzeigeschaltung 11 in der Nähe einer Anzeigeeinheit 8 angeordnet werden. Nach Fig. 5 sind die Potentiometer 1OB und 1OE und die Leuchtdioden HI und HJ hinter einer Zierplatte 13 angeordnet, so daß gemäß Fig. 6 diese Einstellkomponenten durch Abnehmen der Zierplatte 13 von einer Frontplatte 12 zugänglich sind, wäh- rend die Vorrichtung bzw. der Kompaß an dem Fahrzeug befestigt bleibt.

Wenn bei der Einstellung der Azimutermittlungsvorrichtung der durch die gestrichelte Linie in Fig. 7 a' darge -

stellte tatsächliche Kreis von dem durch die ausgezogene Linie dargestellten Normalkreis um die durch den Pfeil dargestellte Größe abweicht, wird gemäß der Darstellung in Fig. 7b das Fahrzeug zuerst nach Norden gerichtet und

_ die vorstehend beschriebene Einstellung der Vorrichtung vorgenommen, so daß der tatsächliche Kreis in der durch den Pfeil in Fig. 7c dargestellten Richtung verschoben wird. Darauffolgend wird gemäß der Darstellung in Fig.

7d das Fahrzeug nach Osten gerichtet und die Einstellung vorgenommen, so daß der Kreis in der durch den Pfeil in

■/tr·

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Fig. 7e gezeigten Richtung verschoben wird. Auf diese Weise fällt der tatsächliche Kreis mit dem Normalkreis zusammen, so daß der Kreis gemäß der Darstellung in Fig. 4 gebildet wird.

In Anbetracht der achtteiligen digitalen Anzeige Überdeckt ein Richtungssegment 45°, so daß Vergleichsspannungen Vl und V2 durch die folgenden Ausdrücke gegeben sind:

Vl = K sin 22,5° = 0,3827 KH (VOLT) V2 = K sin 22,5° = 0,3827 KH (VOLT)

Die Signale aus den Ausgabewicklungen IA und IB werden verstärkt und in drei Signalpegel aufgeteilt. Nach Fig. 1 werden mit einem Paar von Vergleichern 6A und 6B bzw. einem Paar von Vergleichern 6C und 6D (pPC177 von NIPPON ELECTRIC CO.,LTD.) das Ausgangssignal einer Halteschaltung 5A bzw. das Ausgangssignal einer Halteschaltung 5B mit den Vergleichsspannungen Vl bzw. V2 verglichen. Als Folge hiervon können die Vergleicherausgangssignale an Stellen 6a, 6b, 6c und 6d eindeutig im Zusammenhang mit der Fahrzeugkursrichtung folgendermaßen ausgedrückt werden:

	6c	0	0	1	1
6a	\i6d 6b\	0	1	0	1
0	0	S W	W		N W
0	L	S			N
1	0
1	1	S E	E		N E

,/Μ· ,■■■■;-3 U K 39

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Falls beispielsweise die Signale an den Stellen 6a, 6b und 6d den Pegel "1" haben und das Signal an der Stelle 6c den Pegel "O" hat, wird die Fahrzeugkursrichtung bzw.

Vorwärtsrichtung als "Ost" (E) bestimmt. Die Ausgangssig-5

nale der Vergleicher 6A, 6B, 6C und 6D werden in einer logischen Schaltung 7 verarbeitet und die Fahrzeugkursrichtung wird digital an der Anzeigeeinheit 8 angezeigt.

Es wurde zwar eine achtteilige digitale Anzeige beschrieben, jedoch ist es offensichtlich, daß eine Digitalanzeige in 4N-Aufteilung (N=I,2,....) dadurch erzielbar ist, daß die Ausgangssignale der Halteschaltungen 5A und 5B mit N bestimmten Spannungspegeln verglichen werden. Die Anzeigeeinheit 8 hat eine Digitalanzeigevorrichtung in Form von Leuchtanzeigeröhren, Lampen, Leuchtdioden oder dergleichen und kann auch Symbole anzeigen.

Gemäß der vorangehenden Beschreibung wird auf vorteilhafte Weise eine Azimutermittlungsvorrichtung geschaffen, die einen Azimutsensor, der an einem bewegbaren Körper angebracht ist und zur Ermittlung der Vorwärtsrichtung in Bezug auf den Erdmagnetismus in zwei aufgeteilten, einander kreuzenden Komponenten ausgebildet ist, und eine

Schaltung hat, die das Zweikomponenten-Meßsignal aus dem Azimutsensor jeweils mit zwei Bezugsspannungen vergleicht, um damit die Vorwärtsrichtung des Körper bzw. Fahrzeugs zu bestimmen; ferner hat die Azimutermittlungsvorrichtung eine Einstellschaltung zum Verändern des

Zweikomponenten-Meßsignals in Bezug auf die beiden Bezugsspannungen und eine Anzeigeschaltung zur Anzeige des Ausmaßes der Abweichung der Zweikomponenten-Meßsignale von der Ausrichtung des Azimutsensors in Bezug auf die beiden, mittels der Einstellschaltung eingestellten Bezugsspannungen; die Zweikomponenten-Meßsignale werden

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mittels der Einstellschaltung so eingestellt, daß die Abweichung der Zweikomponenten-Meßsignale des Azimutsensors gegenüber der Ausrichtung des Sensors gemäß der Anzeige mittels der Anzeigeschaltung aufgehoben wird, wo-5

durch die auf dem Restmagnetismus an dem Azimutsensor beruhende Verfälschung des Ausgangssignals korrigiert wird und der wahre Azimut bestimmt werden kann.

Es wurde eine Azimutermittlungsvorrichtung angegeben, bei der ein Azimutsensor in eine bestimmte Richtung ausgerichtet wird,und die Abweichung von Zweikomponenten-Meßsignalen des Azimutsensors gegenüber der Ausrichtung des Azimutsensors durch Einstellen der Meßsignale mit einer Einstellschaltung entsprechend der Anzeige der mittels einer Anzeigeschaltung angezeigten Größe der Abweichung korrigiert wird, wodurch eine auf dem Restmagnetismus des Azimutsensors beruhende Verfälschung der Ausgangssignale korrigiert wird und der wahre Azimut ermittelt werden kann.

Leerseite

Claims

"T.___,,_ _ R/i... .»._Λ _ If,»..,..* ... Patentanwälte und
IlEDTKE - DÜHUNG - I\lNNE: : : :

; ; ;-.·.--. Vertreter beim EPA

GD .'....' rs-v-i'-r't <-s"r·-" - Oipl.-!ng. H.Tiedtke B

RUPE - Pellmann 3 14 1439 _Di_Pi.-chem. g.Bowmg

Dipl.-Ing. R. Kinne
Dipl.-Ing. R Grupe
Dipl.-Ing. B. Pellmann

-—S— Bavariaring 4, Postfach 20 24

8000 München 2

Tel.: 089-5396 53

' _; Telex: 5-24 845 tipat

" . : cable: Germaniapatent München

19.Oktober 1981

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case A6005-02 Denso

Patentansprüche

( Xy Azimutermittlungsvorrichtung mit einem Azimutsensor, der an einem bewegbaren Körper angebracht ist und zur Erfassung der Bewegungsrichtung des Körpers in Bezug auf den Erdmagnetismus in Form zweier einander schneidender Komponenten ausgebildet ist, und mit einer Einrichtung zum Vergleichen der jeweiligen Zweikomponenten-Meßsignale aus dem Azimutsensor mit zwei Bezugsspannungen und. zum Bestimmen der Bewegungsrichtung, gekennzeichnet durch eine Einstellschaltung (10) zum Parallelverschieben der Zweikomponenten-Meßsignale in Bezug auf die Bezugsspannungen und eine Anzeigeschaltung (11) zur Anzeige des Ausmaßes einer Abweichung der Zweikomponenten-Meßsignale des Azimutsensors (1) gegenüber der Ausrichtung des Azimutsensors in Bezug auf die mittels der Einstellschaltung eingestellten beiden Bezugsspannungen.
2. Azimutermittlungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellschaltung (10) einen ersten und einen zweiten Rechenverstärker (101 bzw. 10L) aufweist, die jeweils einen invertierenden Verstärker

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Deutsche Bank (München) KIo 51/61070 Dresdner Bank (München) KIo 3939844 Postscheck (München) KIo. 670-43-804

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* bilden, wobei de-r nichtinvertierende Eingang des ersten Rechenverstärkers über einen ersten Einstellwiderstand (10B)_# eine Bezugsspannung (10a) und der invertierende

Eingang des ersten Rechenverstärkers eines der Meßsignale 5

aus dem Azimutsensor (1) aufnimmt, während der nichtinvertierende Eingang des zweiten Rechenverstärkers über einen zweiten Einstellwiderstand (10E) eine Bezugsspannung (10b) und der invertierende Eingang des zweiten Rechenverstär-JO kers das zweite Meßsignal aus dem Azimutsensor aufnimmt.
3. Azimutermittlungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Einstellwiderstand (1OB Dzw. 10E) der Einstellschal·tung (10) an der gleichen Fläche wie eine Azimutanzeigetafel (12) angeordnet sind und normalerweise mittels eines Deckels (13) abgedeckt sind.
4. Azimutermittlungsvorrichtung nach Anspruch 2 oder

3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeschaltung (11) einen ersten, einen zweiten, einen dritten und einen vierten Vergleicher (HA bis HD), eine erste Leuchtdiodenschaltung (HE, HG, HI), die im Ansprechen auf ein gemeinsames Ausgangssignal des erste und des zweiten Vergleichers arbeitet, und eine zweite Leuchtdiodenschaltung (HF, HH, HJ) aufweist, die im Ansprechen auf ein gemeinsames Ausgangssignal des dritten und des vierten Vergleichers arbeitet, wobei der invertierende Eingang des

^ ersten Vergleichers und der nichtinvertierende Eingang des zweiten Vergleichers ein Einstellsignal aus dem ersten Rechenverstärker (101) der Einstellschaltung (10) aufnehmen sowie der invertierende Eingang des dritten Vergleichers und der nichtinvertierende Eingang des vierten Vergleichers ein Einstellsignal aus dem zweiten Rechenverstärker (10L) der Einstellschaltung aufnehmen.

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5. Azimutermittlungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Leuchtdiode (111) und eine zweite Leuchtdiode (HJ) der ersten bzw. der zweiten Leuchtdiodenschaltung (HE, HG, HI bzw. HF₉ HH, HJ) der Anzeigeschaltung (H) an der gleichen Fläche wie eine Azimutanzeigetafel (12) angeordnet sind und normalerweise mittels eines Deckels (13) abgedeckt sind.

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