-
-
Navigationsverfahren
-
Die Erfindung betrifft ein Navigationsverfahren zur Navigation von
Landfahrzeugen mit einem Kursreferenzgerät, welches den Kurswinkel des Fahrzeuges
ermittelt, einen Weggeber zur Erzeugung eines der Raddrehzahl entsprechenden Signals,
einen Lotfühler, welcher die Abweichung der Fahrzeughochachse von den Vertikalen
sensiert, wobei aus den Signalen des LotfUhlers ein Korrektursignal abgeleitet wird
und einem Rechner, welcher mittels des Signales des Weggebers, dem Korrektursignal
und dem gurswinkel ein Positionssignal erzeugt.
-
Aus der DE-OS 27 44 431 ist ein solches Navigationsgerät bekannt.
Bei diesem Navigationsgerit werden die Signale von zwei Lage- bzw. Lotfühlern einem
Rechner zugeführt, welcher zur Berechnung der Lagewinkel bzw. des Sinus und kosinus
derselben eingerichtet ist. Mittels dieser Informationen führt der Rechner eine
Koordinatentransformation durch, d.h., die fahrzeugfesten Koordinaten, welche durch
den Kurswinkel des Kursreferenzgeräts bestimmt sind, werden in ein erdfestes Koordinatensystem
und einen darauf bezogenen Kurswinkel transformiert. Ferner wird ein Kompensationssignal
zur Kompensation der Drift in dem fahrzeugfesten Koordinatensystem gebil det. Mittels
diesem Verfahren soll auch eine Navigation in einem unebenen Gelände ermöglicht
werden. Es wird jedoch
nicht berücksichtigt, daß gerade in unebenem
Gelande, aber auch auf ebenem Gelände eine Verfälschung der Kursbestimmung durch
unterschiedlichen Schlupf zwischen Fahrzeugrädern und Boden auftreten kann. Die
Fehler, welche durch Schlupf entstehen, sind besonders bei nachgiebigem Boden erheblich
und können nicht vernachlässigt werden.
-
Es ist weiterhin aus der Beschreibung und Bedienungsanleitung für
die "Fahrzeugnavigationsanlage FNA 4-15" der Firma TELDIX GmbH ein Eoppelnavigationsverfahren
bekannt, bei welchem ein nordsuchender Kreisel die Nordrichtung bestimmt und mit
diesem Bezug und einem von einem Kurskreisel gelieferten Kurssignal die Fahrt richtung
ermittelt wird. Ferner ist ein Weggeber scrgesehen, welcher die zuSückgelegte Strecke
mißt, wobei mit Hilfe dieser Meßsignale die Position des Fahrzeugs ständig überwacht
werden kann. Der Weggeber besteht aus einem Sensor, welcher die Drehzahl der Antriebswelle
oder eines der angetriebenen Räder sensiert.
-
Da die so ermittelte, zurückgelegte Wegstrecke jedoch durch einen
Schlupffehler oder fahrzeugspezifische Sbertragungsfehler verfälscht sein kann,
wird das Wegsignal des Weggebers mittels einer Weganpassungseinrichtung korrigiert,
so daß näherungsweise das Wegsignal mit dem tatsächlich zuruckgelegten Weg übereinstimmt.
Die Korrektur erfolgt dadurch, daß mit dem Fahrzeug in einer Meßfahrt eine in der
Länge genau bekannte Strecke zuruckgelegt wird und nach Zurücklegen dieser Strecke
die angezeigte Länge mittels eines Faktors so korrigiert wird, daß die tatsächliche
Länge der Strecke angezeigt wird. Diese Korrektur wird manuell vorgenommen, d.h.,
der Faktor wird anhand von Bedienelementen in die Weganpassungseinrichtung eingegeben.
Wird beispielsweise festgestellt, daß sich bei einer Navigationsfahrt die Bodenbeschaffenheit
der von dem Fahrzeug befahrenen Wegstrecke ändert, dann ist eine manuelle Verstellung
des Faktors in bestimmten Grenzen möglich. Diese Verstellung beruht jedoch lediglich
auf Schätz- und Erfahrungswerten und kann keinen
genauen Aufschluß
über den tatsächlichen Schlupf zwischen Fahrzeugräder und Boden geben.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Schlupf zwischen Fahrzeugräder
und Boden zu jedem Zeitpunkt zu bestimmen und mittels diesem Schlupf eine Korrektur
der Positionsanzeige vorzunehmen.
-
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß aus Amplitude
und Frequenz der mittels des tot fühlers sensierten Roll- und Nickbewegungen des
Fahrzeugs das Oberflächenprofil des von dem Fahrzeug benutzten Fahrweges ermittelt
und daraus ein dem Radschlupf entsprechendes Signal abgeleitet wird zur Korrektur
des von dem Weggeber erzeugten Signale.
-
Die Aufgabe kann auch dadurch gelöst werden, daß aus dem Weggebersignal
ein Beschleunigungssignal abgeleitet wird und aus dem von dem Lotfühler gelieferten
Signal ein der Längsbeschleunigung des Fahrzeugs entsprechendes Signal gebildet
wird und durch Vergleich dieser Signale ein dem Radschlupf entsprechendes Signal
zur Korrektur des Wegsignais ermittelt wird.
-
Es ist bekannt, daß bei einem unbefestigten Fahrweg, beispielsweise
einem Waldweg oder auch bei offenem Gelände, eine mehr oder weniger starke Oberflächenrauhigkeit
oder ein sehr unterschiedliches Oberflächenprofil des Fahrweges vorliegt. Mittels
auf diesen Fahrwegen empirisch ermittelten Schlupfwerten läßt sich ein Zusammenhang
zwischen Oberflächenprofil und Schlupf feststellen, wobei der Schlupf umso größer
ist, je gröber das Oberflächenprofil des Fahrweges ist. Anhand einer Reihe von Vergleichsdaten,
welche auf mehreren Meßfahrten gewonnen werden, und die fest abgespeichert werden,
läßt sich während einer Navigationsfahrt bei Kenntnis des Oberflächenprofils der
entsprechen-
Schlupf feststellen und ein Weggebersignal korrigieren.
-
In einer weiteren Lösung wird durch Vergleich der Längsbeschleunigungssignale,
welche von Lotfahler und Weggeber geliefert werden, eine Beschleunigungsdifferenz
gebildet, die ursächlich durch Schlupf hervorgerufen wird. Somit ergibt sich der
in der Korrektur des Wegsignales zu berücksichtigende Schlupf direkt und proportional
aus der Beschleunigungsdifferenz.
-
In einer vereinfachten Art der Schlupfbestimmung ist es auch möglich,
lediglich das von dem Weggebersignal abgeleitete Beschleunigungssignal für eine
Korrektur des Wegsignals anzuwenden. Hierzu ist es '.lediglich Dotwendig, mehrere
Vergleichswerte, welche eine Beziehung zwischen Beschleunigungssignal und Korrektursignal
beinhalten, abzuspeichern und diese entsprechend der jeweiligen Beschleunigung abzufragen
und mittels dem jeweiligen Korrektursignal eine Korrektur durchzuführen.
-
Die von Wegmessung und Lotsensierung abgeleiteten Beschleunigungasignale
werden ständig verglichen. Ein daraus abgeleitete; Differenzsignal, welches unmittelbar
durch don Radschlupf verursacht wird, steuert eine Einstellung des Korrektursignals
auf den entsprechenden Wert.
-
Werden mehrere Messungen der Beschleunigungssignale zu einer Mittelwertbildung
berücksichtigt, dann kann erst nach einer gewissen Meßzeit und nach Abschluß der
Mittelwertbildung eine Korrektur durchgeführt werden. In gleicher Weise erfordert
auch die Bestimmung des Bodenprofils aus den Roll- und NickDewegungen eine bestimmte
Meßzeit. Während der Meßzeit legt das Fahrzeug jedoch eine bestimmte weitere Strecke
zurück. Um den Positionsfehler des Fahrzeugs möglichst gering zu halten, wird in
einer Ausgestaltung der Erfindung das nach der Meßzeit ausgewertete Korrektursignal
nicht
nur für die folgende Wegstrecke berücksichtigt, sondern es wird gleichzeitig für
das während der Meßzeit zurückgelegte Wegstück eine Korrektur des Weggebersignals
und somit eine Positionskorrektur vorgenommen. Diese Positionskorrektur kann durch
Stauchung oder Streckung der zurückgelegten Wegstrecke erfolgen. Hierbei ist jedoch
eine eventuell vorhandene Drift eines Kursreferenzgeräts zu berücksichtigen.
-
Aus dem Weggebersignal wird in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung
ein Geschwindigkeitssignal abgeleitet und anhand diesem Geschwindigkeitssignal ein
Korrektursignal gebildet, welches beispielsweise bei einer hohen Geschwindigkeit
den dabei entetehenden, größeren Schlupffehler kom.nensiert, d.h., dieses Korrektursignal
bewirkt geschwindigkeitsbezogen eine Korrektur des Weggebersignals. Es ist in einer
weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, das Signal eines Lotfühler6,
welcher die mittlere Neigung der Pahrzeuglängsachse zu der Horizontalen sensiert,
derart auszuwerten, daß die auf einer Steigung oder einem Gefälle zurückgelegte
Wegstrecke anhand des festgestellten Neigungswinkels auf die projezierte Strecke
übertragen werden kann und damit eine heitere Verbesserung der Positionsbestirmang
erreicht wird. Die Wegmessung auf einer mit Steigung und Gefälle behafteten Wegstrecke
wird auch durch den dabei auftretenden neigungsabhängigen Schlupf verfälscht, durch
eine Steigung wird eine scheinbar größere Fahrstrecke angezeigt, während bei Gefälle
die angezeigte Fahrstrecke sich verkürzt. Dieser neigungsabhängige Schlupf kann
ebenfalls mittels dem genannten Signal des Lot fühlers bestimmt und kompensiert
werden.
-
Eine zusätzliche Korrekturmethode kann in einer vorteilhaften-Weise
die Genauigkeit der Positionsbestimmung dadurch erhöhen, daß nach einer gewissen
Fahrzeit ein geographischer Punkt angefahren wird, dessen Koordinatenwerte bekannt
sind.
-
Bei diesem Fixpunkt wird nun ein Vergleich zwischen den vom Rechner
ermittelten Fahrzeugkoordinaten und den goordinatenwerten des Standortes durchgeführt
und eine eventuell vorhandene Abweichung bzw. Differenz ermittelt. Diese Differenz
wird für die nachfolgende Fahrstrecke zur weiteren Korrektur des vom Weggeber gebildeten
Signals angewendet. Die Differenzbildung kann immer dann durchgeführt werden, wenn
die Koordinatenwerte des Standorts bekannt sind und führt zu einer ständigen Verbesserung
der Genauigkeit der Positionsanzeige.
-
Um die Summe der bei der. Wegmessung auftretenden Fehler zu erfassen
ist es in einer weiteren Art möglich, einen beliebigen Korrekturwert mit einer unterschiedlichen
Wertung versehen dem Weggebersignal aufzuschalten und bei einem Vergleich zwischen
der vom Rechner ermittelten Position und der tatsächlichen Fahrzeugposition die
Wertung, welche von der tatsächlichen Fahrzeugposition die geringste Abweichung
aufweist, für die weitere Fahrstrecke zugrunde zu legen. Im einzelnen geschieht
diese Korrektur dadurch, daß zu dem vom Weggeber erzeugten Signal O eine Korrektur
größe b Lok aufaddiert und in einer zweiten Berechnung subtrahiert wird und die
so erhalteren zwel Werte abgespeichert werden Ferner wird noch das vom Weggeber
erzeugte Signal ohne Aufschaltung der Korrekturgröße abgespeichert.
-
Bei dem bekannten Standort werden diese drei Wegsignale mit den tatsächlichen
Positionsdaten verglichen und das Wegsignal mit der geringsten Abweichung von diesen
Daten ermittelt. Dieses Wegsignal dient bei der nachfolgenden Fahrt zur kontinuierlichen
Bestimmung der Fahrzeugposition, wobei für eine spätere Vergleichskorrektur dieses
Signal ebenfalls mit unterschiedlich aufgeschaltetem Korrektur faktor versehen abgespeichert
wird. Hiermit wird eine ständige Verbesserung der ermittelten Wegstrecke bzw. eine
gute Anpassung der Wegermittlung an die Fahrwegbeschaffenheit erreicht.
-
Die Erfindung ist nachstehend anAusführungsbeispielen näher erläutert.
-
Es zeigen Fig. 1 - in einem Blockdiagramm die Verarbeitung der Signale
von Weggeber und Lotfühler bei Berücksichtigung der Roll- und Nickbewegungen Fig.
2 - in einem Blockdiagramm die Signalverarbeitung mit Beschleunigungsvergleich.
-
In Figur 1 ist ein Wegsignalgeber 1 dargestellt7 welcher ein der Drehzahl
eines Fahrzeugrades oder ein dieser Drehzahl entsprechendes Signal s erzeugt. Dieses
Signal s wird mit einem Differentialglied 3 differenziert und das somit erhaltene
geschwindigkeitsproportionale Signal v5 in einem Umformer in den Korrekturfaktor
Kv umgewandelt.
-
Diese Umformung wirkt derart, daß bei geringer Geschwindigkeit keine
oder nur eine geringe Korrektur bei sehr hoher Geschwindigkeit jeaoch eine große
Korrektur zur Kompensation des geschwindigkeitsabhängigen Schlupfs vorgenommen wird.
Das Korrektursignal Ev wird einem Knotenpunkt 7 zugeführt.
-
Weiterhin ist ein Lotfühler 2 dargestellt, welcher beispielsweise
durch einen Filter ein Signal N N erzeugt, welches der Längsneigung des Fahrzeuges
bzw. der Steigung oder dem Gefälle des Fahrweges entspricht. Die Korrektur bzw.
die Wegverkürzungsberechnung, die hiermit vorgenommen werden soll, wird durch die
Umformung des Signals X N den Korrekturfaktor KN mit dem Umformer 5 ausgeführt.
Das erhaltene Signal KR gelangt ebenfalls zu dem Knotenpunkt 7o
Der
Lotfühler 2 reagiert ferner auch auf kurzfristige Anderungen der Fahrzeuglage, erfaßt
also sämtliche Roll-und Nickbewegungen des Fahrzeugs und ist damit in der Lage,
ein Signal C, s abzugeben, mit welchem man auf das Oberflächenprofil des Fahrweges
schließen kann. Dieses Signal « 8 beinhaltet nebst Amplitude auch die Frequenz der
Fahrzeugbewegungen. Aus mehreren Meßfahrten wird anhand dieser Fahrzeugbewegungen
auf den Radschlupf bei bestimmter Amplitude und Frequenz der Fahrzeugbewegungen
geschlossen. Dieses Verhältnis von Schlupf zu den Fahrzeugschwingungen wird für
mehrere Oberflächenprofile des Fahrweges abgespeichert und dient als schwingungsabhängiger
Korrekturwert Ks, welcher in dem Umformer 6 gebildet und dem Knotenpunkt 7 zugeführt
wird. Dieses Verfahren beruht auf der Feststellung, daß ein Fahrweg mit-glatter
Oberfläche einen geringeren Schlupf verursacht als beispielsweise eine unbefestigte
Straße oder ein offenes Gelände, welches normalerweise eine sehr unebene Oberfläche
aufweist.
-
Die dem Knotenpunkt zugeführten Korrektursignale bilden ein Summensignal
KAl, mit welchem im Multiplikationsglied 8 mit dem Signal des Weggebers 1 multipliziert
ein Wegsignal SN1 gebildet wird, welches mit hoher Genauigkeit den tatsächlich zurückgelegten
Weg darstellt.
-
In Figur 2 ist eine weitere Möglichkeit der Wegkorrektur dargestellt.
Hierzu ist ebenfalls ein Wegsignalgeber 1 und ein Lotfühler 2 vorgesehen. Aus dem
Signal s des Weggebers wird durch zweimalige Differentiation in den Differentialgliedern
9, 10 ein Beschleunigungssignal CL gewonnen. Dieses Beschleunìgungssignal «8 wird
einem Vergleicher 11 zugeführt. Dem Vergleicher wird weiterhin ein Signal &
L zugeführt, welches der Längsbeschleunigung des Fahrzeuges entspricht und mit Hilfe
des Lotfühlers 2 bzw. dem von diesem Lotfühler angezeigten Scheinlot ge-
bildet
wird. Durch Vergleich der beiden Längsbeschleunigungssignale αL und αs
kann unmittelbar ein Schlupf zwischen Untergrund und Fahrzeugräder bei einer Beschleunigung
festgestellt werden. Das dem Schlupf entsprechende-Signal A2 wird dem Multiplikationsglied
12 zugeführt.
-
Zur Korrektur des geschwindigkeitsabhängigen Schlupfes wird - wie
in Figur 1 angeführt - aus dem geschwindigkeitsproportionalen Signal v8 ein Korrekturfaktor
Kv mittels des Umformers 14 gebildet und ebenfalls dem Multiplikationsglied 12 zugeführt.
In gleicher Weise wie in Figur 1 dargestellt,wird aus einem der Neigung der Pahrzeuglängsachse
gegenüber der Horizontalen entsprechenden Signal N ein Wegverkürzungsfaktor IN mittels
des Umformers 13 gebildet, der als dritte Korrekturgröße die Wegkorrektur beeinflußt.
Die Korrekturfaktoren KV1 und Kv2 und KN werden in dem Multiplikationsglied 12 mit
dem Signal 5 des Weggebers -1 multipliziert, so daß ein Signal SN2 gebildet wird,
welches der tatsächlich zurückgelegten Fahrstrecke des Fahrzeugs entspricht.
-
Leerseite