DE3208483A1 - Kursermittlungseinrichtung - Google Patents
KursermittlungseinrichtungInfo
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Description
Teotke - :K7;V^
Gm^ A^** "** "" *" ** **"* Dipl.-Ing. H.Tiedtke
RUPE - r^LLMANN " IJIRAMS Dipi.-Chem. G. Bühling
Dipl.-Ing. R. Kinne Dipl.-Ing. R Grupe Dipl.-Ing. B. Pellmann
- 5 - Dipl.-Ing. K. Grams
Bavariaring 4, Postfach 202403 8000 München 2
Tel.: 089-539653
Telex: 5-24 845 tipat
cable: Germaniapatent München
9. März 1982
DE 1955
case A6104-02 SOKEN
Nippon Soken, Inc. Nishio-shi,Japan
Kursermittlungseinrichtung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Kursermittlungseinrichtung, bei der entsprechend Signalen aus einem .Erdmagnetfeld-Meßgeber
ein der Fahrtrichtung eines bewegten Objekts wie eines Kraftfahrzeugs entsprechendes Fahrtrichtungssignal
erzeugt wird.
Bei bekannten Kursermittlungseinrichtungen werden irgendwelche
Versetzungen bzw. Abweichungen des ErdmagnetfeidsA
die auf einer Remanenz eines Fahrzeugs oder dergleichen beruhen, mit Kompensationsmagneten kompensiert, die außenliegend
an dem Fahrzeug angebracht werden.
Bei dieser bekannten Gestaltung ist es zur Ausschaltung irgendwelcher, auf der Remanenz des Fahrzeugs beruhender
Versetzungen des Erdmagnetfelds notwendig, eine Anzahl von Gesichtspunkten wie die Lage, die Anzahl und die Stär-
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ke der äußerlich angebrachten Kompensationsmagneten in
Betracht zu ziehen; auf diese Weise wird die Kompensation kompliziert, wobei darüberhinaus wegen Schwankungen hinsichtlich
der Erdmagnetfeld-Versetzungseigenschaften bei verschiedenen Fahrzeugen diese Kompensation für voneinander
verschiedene Fahrzeuge unterschiedlich sein muß. Weiterhin sind manchmal die Erdmagnetfeld-Meßgeber-Signale
selbst versetzt, was es schwierig macht, die Richtung des Erdmagnetfelds genau zu erfassen.
Zum Ausschalten der vorstehend genannten Unzulänglichkeiten bei den bekannten Einrichtungen liegt der Erfindung
die Aufgabe zugrunde, eine Kursermittlungseinrichtung zu schaffen, bei der dann, wenn irgendeines von zwei elektrischen
Orthogonalkornponenten-Signalen aus einem Erdmagnetfeld-Meßgeber
einen vorbestimmten Wert annimmt, der Wert des anderen elektrischen Signals erfaßt wird und
entsprechend dem erfaßten Wert die Größe einer Versetzung berechnet und gespeichert wird, um dadurch die elektrischen
Signale aus dem Erdmagnetfeld-Meßgeber entsprechend
^O den Versetzungen zu korrigieren und damit ein Fahrtrichtungssignal
zu erzeugen, das der genauen Fahrtrichtung eines bewegten Objektis entspricht.
Ferner soll mit der Erfindung gemäß einem Ausführungsbeispiel
eine Kursermittlungseinrichtung geschaffen werden, bei der während des Betriebs eines bewegten Objekts irgendwelche
momentanen abnormalen Werte aus den beiden elektrischen Orthogonalkomponenten-Signalen eines Erdmagnetfeld-Meßgebers
so ausgeschieden werden, daß dann,
wenn die elektrischen Signale, aus denen die abnormalen Werte ausgeschieden sind, einen vorbestimmten Zustand
annehmen, die Größen der Versetzungen der elektrischen Signale berechnet und gespeichert werden und die elektrischen
Signale des Erdmagnetfeld-Meßgebers, aus denen die
abnormalen Werte ausgeschieden sind, entsprechend den
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Versetzungen korrigiert werden, um dadurch ein Fahrtrichtungssignal
zu erzeugen, das der genauen Fahrtrichtung des bewegten Objekts entspricht, ohne daß es von irgendwelchen
momentanen, auf irgendeiner Störung des Erdmagnetfelds beruhenden Unregelmäßigkeiten der elektrischen
Signale beeinflußt wird, und um ferner die zeitliche Änderung der Versetzung des Erdmagnetfelds zu berücksichtigen.
1^ Weiterhin soll mit der Erfindung gemäß einem weiteren
Ausführungsbeispiel eine Kursermittlungseinrichtung geschaffen werden, bei der in Übereinstimmung mit drei beliebigen
Sätzen von Werten der beiden elektrischen Orthogonalkomponenten-Signale
aus einem Erdmagnetfeld-Meßgeber
*° die Größen der Versetzung eines geometrischen Kreisvektor-Orts
in vorbestimmten Zeitintervallen durch die beiden elektrischen Orthogonalkomponenten-Signale berechnet und
gespeichert werden und die elektrischen Signale aus dem Erdmagnetfeld-Meßgeber immer entsprechend den Versetzungs-
größen korrigiert werden, um auf diese Weise ein Fahrtrichtungssignal
zu erzeugen, das genau der Fahrtrichtung
des bewegten Objekts entspricht, ohne daß es durch irgendeine, auf der Remanenz des bewegten Objekts oder dergleichen beruhende Versetzung des Erdmagnetfelds und eine
des bewegten Objekts entspricht, ohne daß es durch irgendeine, auf der Remanenz des bewegten Objekts oder dergleichen beruhende Versetzung des Erdmagnetfelds und eine
zeitliche Änderung der Versetzung beeinflußt ist.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 ist ein Schaltbild, das ein Ausführungsbeispiel der Kursermittlungseinrichtung zeigt.
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Fig. 2 zeigt zur Erläuterung der Arbeitsweise eines Erdmagnetfeld-Meßgebers
mehrere Spannungskurvenformen.
Fig. 3 ist eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Funktionsweise des Erdmagnetfeld-Meßgebers,,
Fig. 4 ist ein Rechenablaufdiagamm, das die Rechenvorgänge
einer Rechenschaltung veranschaulicht. 10
Fig. 5 ist eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Rechenvorgänge der Rechenschaltung.
Fig. 6 ist ein Rechenablauf diagramm, das die Rechenvorgänge
einer Rechenschaltung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel zeigt.
Fig. 7 ist eine graphische Darstellung zur Erläuterung
der Betriebsvorgänge der Rechenschaltung. 20
Fig. 8 ist ein Schaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels der Kursermittlungseinrichtung.
Fig. 9 ist eine graphische Darstellung zur Erläuterung ^S der Funktionsweise des Erdmagnetfeld-Meßgebers
und der Rechenvorgänge der Rechenschaltung.
Fig. 10 ist ein Rechenablaufdiagramm, das die Rechenvorgänge der Rechenschaltung veranschaulicht.
Nach Fig. 1, die ein Schaltbild der Kursermittlungseinrichtung
gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel zeigt, weist eine Kursermittlungsschaltung bzw. ein Erdmagnetfeld-Meßgeber
1 mit einem Erdmagnetfeld-Sensor 10 einen Magnetkern IC aus ferromagnetischem Material, eine auf
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den Kern IC gewickelte Erregungswicklung ID und Ausgangswicklungen
IA und IB auf, die derart auf den Kern IC gewickelt
sind, daß sie einander unter rechten Winkeln schneiden. Mit 11 ist eine Oszillatorschaltung zur Erzeugung
eines zur Speisung der Erregungswicklung ID dienenden
Rechtecksignals A gemäß (1) in Fig. 2 mit einer Frequenz f bezeichnet. Das Magnetfeld in dem Kern IC ändert sich
entsprechend der Summe (H+h) aus einer Horizontalkomponente H des Erdmagnetfelds und einer an dem Erdmagnetfeld-Sensor
10 anliegenden Horizontalkomponente h der Versetzung bzw. Verzerrung des Erdmagnetfelds, so daß die Ausgangswicklungen IA und IB jeweils ein zum Magnetfeld
in dem Kern IC proportionales Ausgangssignal erzeugen;
Filter 12A und 12B mit dem gleichen Aufbau aus einem Kondensator und einem Widerstand erzeugen jeweils Ausgangssignale
X und Y für die Komponenten mit der gleichen Frequenz 2f, wie sie bei (2) und (3) in Fig. 2 gezeigt sind.
Nach der Verstärkung der Ausgangssignale X und Y mit jeweiligen Verstärkerschaltungen 13A bzw. 13B werden die
Ausgangssignale X und Y jeweils im Ansprechen auf ein von einer Zeitsteuerschaltung 14 erzeugtes Signal C gemäß
der Darstellung bei (4) in Fig. 2 mit Hilfe von Halteschaltungen 15A und 15B abgefragt und gespeichert; an
Punkten 15a und 15b werden jeweils entsprechende Gleich- ° spannungs-Ausgangssignale χ und y erzeugt.
Wenn in Bezug auf die Ausgangswicklung IB jeweils die
Horizontalkomponente H des Erdmagnetfelds unter einem Winkel θ anliegt und die Horizontalkomponente h der Ver-
Setzung des Erdmagnetfelds unter einem Winkel φ anliegt,
sind die sich ergebenden Ausgangssignale χ und y durch die folgenden Gleichungen gegeben:
χ = K1 (H sin θ + h sin Φ ) + Kox
y = K1 (H cos θ + h cos φ ) + K^y
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wobei K1 der Verstärkungsfaktor des Erdmagnetfeld-Meßgebers
1 ist und K_x sowie K„y die Versetzungen des Erdmagnetfeld-Meßgebers
1 sind. Wenn dann das Fahrzeug bzw. der Winkel θ um 360° gedreht wird, beschreiben die geometrischen
Vektor-Orte der Ausgangssignale χ und y des Erdmagnetfeld-Meßgebers 1 (an den Punkten 15a und 15b)
einen Kreis mit einem Radius K-H, wobei der Ursprung um K-hsin^ + KpX in Richtung der x-Achse und um K.hcos Φ
+K„y in Richtung der y-Achse verschoben ist, wie es in Fig. 3 gezeigt ist.
In Fig. 1 bezeichnet 2 eine Recheneinheit bzw. Rechenschaltung, die zur Ausführung der in Fig. 4 gezeigten
Rechenvorgänge ein Mikrocomputersystem bekannter Art aufweist. Zuerst werden die Ausgangssignale χ und y des Erdmagnetfeld-Meßgebers
1 eingelesen und es werden von den Ausgangssignalen χ und y jeweils Ursprungsverschiebungs-Größen
xOFFSET bzw. yOFFSET (mit den Anfangswerten 0) substrahiert, um dadurch Werte x1 bzw. y' zu erhalten.
Wenn irgendeiner der Werte x1 und y1 gleich 0 ist, werden
entsprechend dem jeweils anderen Wert y1 oder x1 und
einer Konstante R, die dem Radius K-H der geometrischen Vektor-Orte der Ausgangssignale χ und y des Erdmagnetfeld-Meßgebers
1 entspricht, die Ursprungsverschiebungs-Größen yOFFSET bzw. xOFFSET berechnet und gespeichert. (Diese
Speicherung wird unabhängig von den Betriebszuständen des Fahrzeugs vorgenommen). D.h., im Ansprechen auf den
Wert von χ oder y, der zur Bildung von x'=0 bzw. y' =0
vorgewählt wird, wird wiederholt mehrere Male die Berech- w nung der Ursprungsverschiebungs-Größe yOFFSET bzw. xOFFSET
vorgenommen, so daß die in Fig. 3 gezeigten Ursprungsver schiebungs-Größen (K.hsin fl + K^x) und (K^hcos φ +K2y)
als Versetzungsgrößen oder Ursprungsverschiebungs-Größen xOFFSET bzw. yOFFSET gemäß der Darstellung in Fig. 5 erzielt
werden.
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Falls beide Werte χ1 und y1 von Null verschieden sind,
erfolgt entsprechend diesen Werten x1 und y1 die Berechnung
von θ = tan" (x'/y1); auf diese Weise wird ein Kursbzw.
Fahrtrichtungssignal θ erzeugt, das der Fahrtrichtung des Fahrzeugs entspricht.
Die Kursermittlungseinrichtung mit der Recheneinheit 2 wird im Ansprechen auf die Stromversorgung durch das
Schließen eines ausschließlich für die Einrichtung verwendeten Stromversorgungsschalters in Betrieb gesetzt (oder entsprechend der Stromversorgung durch das Schließen des Fahrzeugs-Zündschlüsselschalters); ferner werden die Versetzungsgrößen unabhängig vom Ein- und Ausschalten des Stromversorgungsschalters in einem Speicher (nicht-flüch-
Schließen eines ausschließlich für die Einrichtung verwendeten Stromversorgungsschalters in Betrieb gesetzt (oder entsprechend der Stromversorgung durch das Schließen des Fahrzeugs-Zündschlüsselschalters); ferner werden die Versetzungsgrößen unabhängig vom Ein- und Ausschalten des Stromversorgungsschalters in einem Speicher (nicht-flüch-
1^ tigen Speicher) gespeichert.
Bei dem vorangehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel
weist zwar die Kursermittlungsschaltung bzw. der Erdmagnetfeld-Meßgeber 1 einen Ringkern-Gaberelement-Sensor
bzw. Drossel-Sensor auf, jedoch kann dieser durch einen Fluß-Sensor irgendeiner anderen Art, einen Hallgenerator
oder dergl. ersetzt werden.
Ferner besteht hinsichtlich des Fahrtrichtungssignals
*° θ keine Einschränkung auf die Berechnung von tan" (x'/y1);
vielmehr kann das Fahrtrichtungssignal ein Signal sein, das mit 2N-Teilung durch Pegelvergleich gewonnen wird.
Weiterhin besteht hinsichtlich der Recheneinheit 2 keine
Einschränkung auf die digitale Verarbeitung mittels eines Mikrocomputersystems. Die Recheneinheit kann unter analoger
Verarbeitung durch eine Kombination aus Vergleicherschaltungen, Addier/Subtrahier-Schaltungen usw. gebildet
werden.
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Weiterhin ist die Kursermittlungseinrichtung nicht auf Landfahrzeuge beschränkt, sondern kann auch in Schiffen,
Flugzeugen oder anderen Meßeinrichtungen angewandt werden. Ferner ist zwar das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel
so ausgelegt, daß dann, wenn irgendeiner der Werte x1 oder y1 gleich Null ist, die Berechnungn unter
Verwendung des anderen Werts y1 bzw. x1 vorgenommen wird,
jedoch ist es auch möglich, die Kursermittlungseinrichtung so zu gestalten, daß dann, wenn irgendeiner der Werte
x1 und y1 einen vorbestimmten, von Null verschiedenen
Wert annimmt, der jeweils andere Wert y' bzw. x1 herangezogen
wird.
Ein zweites Ausführungsbeispiel der Kursermittlungsein-1^
richtung wird nun anhand der Fig. 1 beschrieben. Wenn in Bezug auf die Ausgangswicklung IB jeweils die Horizontalkomponente
H des Erdmagnetfelds unter einem Winkel
θ anliegt und die Horizontalkomponente h der Versetzung bzw. Verzerrung des Erdmagnetfelds unter einem Winkel
(f> anliegt, sind die sich ergebenden Ausgangssignale χ
und y durch die folgenden Gleichungen gegeben:
χ = K1 (Hsin θ + hsin $ ) + Kgx
y = K1 (hcos θ + hcos <j> ) + K2y
y = K1 (hcos θ + hcos <j> ) + K2y
In diesen Gleichungen ist K- der Verstärkungsfaktor des
Erdmagnetfeld-Meßgebers 1, während K2X und K2y die Versetzungen
bzw. Abweichungen des Erdmagnetfeld-Meßgebers 1 sind. Falls dann das Fahrzeug bzw. der Winkel θ über 360
gedreht wird, beschreiben die Vektor-Orte der Ausgangssignale χ und y (an den Punkten 15a und 15b) des Erdmagnetfeld-Meßgebers 1 einen Kreis mit einem Radius K-h, wobei der Ursprung jeweils um K1 hsin φ + Kox in der Richtung
gedreht wird, beschreiben die Vektor-Orte der Ausgangssignale χ und y (an den Punkten 15a und 15b) des Erdmagnetfeld-Meßgebers 1 einen Kreis mit einem Radius K-h, wobei der Ursprung jeweils um K1 hsin φ + Kox in der Richtung
u
der x-Achse und um K1 hcos φ + K„y in der Richtung der
y-Achse verschoben ist, wie es in der Fig. 3 gezeigt ist.
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Gemäß Fig. 1 führt die ein Mikrocomputersystein bekannter
Art aufweisende Recheneinheit bzw. Rechensehaltung 2 die in Fig. 6 gezeigten Rechenvorgänge aus.
Zuerst werden bei einem Einleitungsschritt die Anfangswerte der Variablen auf Null gestellt. Dann werden die Ausgangssignale
x' und y1 des Erdmagnetfeld-Meßgebers 1 eingelesen und es werden von den Ausgangssignalen χ und y
die Ursprungsverschiebungs-Größen (Versetzungsgrößen) X0 bzw. yQ subtrahiert, um damit die Werte x1 und y1 zu
erhalten. Danach erfolgt die Berechnung von
—ρ if
/χ1 + y· , so daß bei einer Lage des sich ergebenden Werts außerhalb des Bereichs von 0,8 bis 1,2 R (wobei R eine Konstante ist, die K1H in Fig. 3 entspricht) bestimmt wird, daß die Ausgangssignale des Erdmagnetfeld-Meßgebers 1 abnormale Werte haben und daher das unmittelbar vorhergehende Fahrtrichtungssignal 9j gespeichert und ausgegeben wird, ohne daß die nachfolgende Rechenverarbeitung der on Ausgangssignal-Versetzungsgrößen des Erdmagnetfeld-Meßgebers 1 und die Fahrtrichtungssignal-Berechnung vorgenommen wird.
/χ1 + y· , so daß bei einer Lage des sich ergebenden Werts außerhalb des Bereichs von 0,8 bis 1,2 R (wobei R eine Konstante ist, die K1H in Fig. 3 entspricht) bestimmt wird, daß die Ausgangssignale des Erdmagnetfeld-Meßgebers 1 abnormale Werte haben und daher das unmittelbar vorhergehende Fahrtrichtungssignal 9j gespeichert und ausgegeben wird, ohne daß die nachfolgende Rechenverarbeitung der on Ausgangssignal-Versetzungsgrößen des Erdmagnetfeld-Meßgebers 1 und die Fahrtrichtungssignal-Berechnung vorgenommen wird.
Die Rechenverarbeitung der Ausgangssignal-Versetzungsgrö-2c
ßen des Erdmagnetfeld-Meßgebers 1 erfolgt in der Weise, daß dann, wenn einer der Werte x1 und y1 gleich Null ist,
die anderen Werte x' oder y1 als positive bzw. negative
Werte gespeichert werden. Wenn die Anzahl der jeweiligen positiven und negativen Datenwerte für x1 und y1 größer
QQ als "5" wird, wird der Durchschnitt der zehn Datenwerte
für x1 bzw. y1 gebildet und die sich ergebenden Durchschnittswerte
werden zu den vorangehenden Werten xQ und yQ addiert, um dadurch neue Ursprungsverschiebungs-Größen
(Versetzungsgrößen) xQ und yQ zu erhalten. D.h., es werden
zu Beginn die in Fig. 3 gezeigten Ursprungsverschiebungs-Größen (Kjhsin^ + Kpx) und (K-hcos^ +K2y) als Ursprungs-
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verschiebungs-Größen (Versetzungsgrößen) xQ (NEW) bzw.
yn (NEW) gemäß der Darstellung in Fig. 7 gewonnen; danach
werden bei jeder Veränderung der in Fig. 3 gezeigten Ursprungsverschiebungs-Größen
(K. hsin φ + K^x) und (^hcos
φ + K2y) die Ursprungsverschiebungs-Größen (Versetzungsgrößen) X0 und yQ abgeändert.
Dann werden die Ausgangssignale χ und y des Erdmagnetfeld-Meßgebers
1 entsprechend den Versetzungsgrößen xQ bzw. yn korrigiert, so daß in Übereinstimmung mit den sich
ergebenden Werten x1 und y1 die Berechnung von
& = tan" (x'/y1) vorgenommen wird und ein Fahrtrichtungssignal
θ erzeugt wird, das der Fahrtrichtung des Fahrzeugs
entspricht.
Die Recheneinheit 2 wird durch das Schließen eines Stromversorgungsschalters
der Kursermittlungseinrichtung (oder durch das Schließen des Fahrzeugzündschalters) mit Strom
versorgt, während die Ursprungsverschiebungs-Größe xQ
und yQ sowie die jeweiligen 10-Daten-Sätze für die Versetzungsgrößen-Berechnung
von x' und y1 unabhängig vom Schaltzustand des Stromversorgungsschalters in einen nichtflüchtigen Speicher gespeichert werden.
Bei dem vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispiel weist zwar die Kursermittlungsschaltung bzw. der Erdmagnetfeld-Meßgeber
1 einen Ringkern-Drosselsensor auf, jedoch kann dieser durch einen Fluß-Sensor irgendeiner anderen
Art, einen Hallgenerator oder dergleichen ersetzt werden.
Ferner muß das Fahrtrichtungssignal θ nicht gemäß der Gleichung θ = tan" (x'/y1) berechnet werden; vielmehr
kann das Fahrtrichtungssignal ein Signal sein, das durch
2N-Teilung über Pegelvergleich erzielt wird.
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Ferner besteht hinsichtlich der Recheneinheit 2 keine Einschränkung auf die digitale Verarbeitung mittels eines
Mikrocomputersystems; die Recheneinheit kann in analoge Weise durch eine Kombination aus Vergleicherschaltungen,
Addier/Subtrahier-Schaltungen usw. gebildet werden.
Weiterhin ist die Kursermittlungseinrichtung gemäß diesem
Ausführungsbeispiel nicht auf Landfahrzeuge beschränkt, sondern genausogut bei Schiffen, Flugzeugen oder anderen
Meßeinrichtungen einsetzbar.
Ferner erfolgt zwar die Rechenverarbeitung für die Versetzungsgröße
in der Weise, daß bei einem Wert "0" für einen der Werte xr und y1 die Berechnung unter Anwendung des
anderen Werts y1 oder x1 vorgenommen wird, jedoch ist
es auch möglich, die Verarbeitung so zu gestalten, daß dann, wenn einer der Werte x1 oder y1 einen von Null verschiedenen
vorbestimmten Wert annimmt, der andere Wert y1 bzw. x1 herangezogen wird. Ferner kann die Berechnung
der Versetzungsgrößen gleichermaßen durch Anwendung der Ausgangssignale χ1 und y' (mit Werten innerhalb des normalen
Bereichs) aus dem Erdmagnetfeld-Meßgeber 1 vorgenommen
werden.
Weiterhin wird das Auftreten irgendwelcher momentaner
abnormaler Werte der Ausgangssignale des Erdmagnetfeld-Meßgebers 1 dann ermittelt, wenn die Werte von
Γ 2! 2"1
'/χ' + y1 außerhalb des Bereichs von 0,8 bis 1,2 R liegen;
die Werte 0,8 bis 1,2 R können jedoch durch irgend-
welche beliebigen Werte ersetzt werden. Ferner ist es
)—2— 21
anstelle der Berechnung vonyx1 + y1 möglich, das Auftreten
irgendwelcher abnormalen Werte für den Fall festzustellen, daß die Differenz zwischen den vorangehenden
Werten χ und y, x1 und y' oder θ und den gegenwärtig bestehenden
Werten χ und y, x1 und y1 oder θ größer als
ein vorbestimmter Wert ist.
32084
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Die Fig. 8 ist ein elektrisches Teil-Schaltbild, das ein drittes Ausführungsbeispiel der Kursermittlungseinrichtung
zeigt, dessen übriger Aufbau mit dem entsprechenden Teil in Fig. 1 identisch ist.
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Wenn in Bezug auf die Ausgangswicklung IB die Horizontalkomponente
H des Erdmagnetfelds unter einem Winkel θ anliegt und die Horizontalkomponente h der Versetzung des
Erdmagnetfelds unter einem Winkel φ anlegt, sind die sich ergebenden Ausgangssignale χ und y durch die folgenden
Gleichungen gegeben:
χ = K1(HsIn θ + hsin Φ ) + K„x
y = K1 (Hcos θ + hcos Cp ) + K
In diesen Gleichungen ist K1 der Verstärkungsfaktor des
Erdmagnetfeld-Meßgebers 1, während K?x und K?y die Versetzungen
bzw. Abweichungen des Erdmagnetfeld-Meßgebers 1 sind. Wenn das Fahrzeug bzw. der Winkel θ über 360° dreht,
beschreiben die geometrischen Vektor-Orte der Ausgangssignale χ und y (an den Punkten 15a und 15b) des Erdmagnetfeld-Meßgebers
1 einen Kreis mit einem Radius K-H, wobei der Ursprung um K.hsin φ + K~x in der Richtung der x-Achse
und um K1 hcos φ + K2y in der Richtung der y-Achse verschoben
ist, was in der Fig. 1 durch die ausgezogene Linie dargestellt ist.
Wenn in diesem Fall die Größe der Versetzung in der Rich- ^Q tung der x-Achse als xQ (=K.,hsin0 + Kpx) dargestellt
ist und die Größe der Versetzung in der Richtung der y-Achse als y0 (=K..Hcos^!>
+ K?y) dargestellt ist, ändern sich die Versetzungsgrößen x„ und y„ bzw. die Mitte (xq>
yn) des Kreises mit dem Radius K1H aufgrund von Änderungen
hinsichtlich der Versetzung des Erdmagnetfelds, die durch
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die Remanenz des Fahrzeugs oder dergleichen hervorgerufen
werden. Falls gemäß der Darstellung in der Fig. 9 der Wert für die Mitte (xQ, yQ) des Kreises aus der nachstehenden
Gleichung in Übereinstimmung mit vorgegebenen drei
Sätzen von Werten der Ausgangssignale χ und y bestimmt wird:
IK1H-2 » (X1 - X0)2 + (Y1 - Y0)2
= (x2 - X0)2 ♦ (y2 - yQ)2
= (X3 X0)2 + (y3 - yQ)2
wonach die folgenden Ergebnisse erzielt werden:
(Y3- y2)U*2 - V (X2 * xi} * (y2 - yi>
(y2 + *i) "
Xn = 1T "~~
0 2|(x2 - X1) (Y3 - y2) -
(Y2
- Y1)|(x3 - V(X3 .+ X2>
+ (y3 " y2}(y3 * y2}]
(X3 - X2)(Y2 -W
*
(X3 - X2)(X3 + X2) + (Y3 - Y2)(Y3 + y2 ) " 2(X3 " X2} >XO
Auf diese Weise werden in Übereinstimmung mit den vorgege-■
benen drei Sätzen von Werten (χχ>
yx), U3, y2) und (X3,y^
der Ausgangssignale χ und y die Versetzungsgrößen xQ und
y0 ermittelt, und die Vektor-Orte bezüglich θ fUr die
Werte x1 (= x-xQ) und y1 (= y - yQ), die sich aus der
Korrektur der Ausgangssignale χ und y des Erdmagnetfeld-Meßgebers 1 ergeben, beschreiben gemäß der Darstellung
durch die gestrichelte Linie in der Fig. 9 einen Kreis, dessen Mitte der Ursprung ist.
-18 DE 1955
Die in der Fig. 10 gezeigten Rechenvorgänge werden mittels
der Recheneinheit 2 nach Fig. 1 vorgenommen, die ein Mijerocomputersystem
bekannter Art aufweist. Entsprechend der in Fig. IO gezeigten Verarbeitung werden die Ausgangssignale
χ und y des Erdmagnetfeld-Meßgebers 1 eingelesen und es wird von den Ausgangssignalen χ und y jeweils die
Versetzungsgröße x„ bzw. y0 subtrahiert, (wobei die Anfangswerte
beide gleich O sind). Entsprechend den sich ergebenden korrigierten Werten x'(= χ - X0) und y' ( =
y ~ y,O erfolgt die Berechnung von θ = tan" (x'/y1)
und es wird ein Kurssignal θ erzeugt, das der Fahrtrichtung des Fahrzeugs entspricht.
Dann wird eine vorbestimmte Geschwindigkeit mit einer Fahrzeuggeschwindigkeit verglichen, die aus einem Fahrzeuggeschwindigkeitssignal
aus einem Fahrzeuggeschwindigkeits-Meßgeber 4 abgeleitet wird, der ein Drehteil 42
mit einem Magneten, der betrieblich auf die Drehung einer Fahrzeugantriebsachse 43 oder eines Rads anspricht, und
einen Reed-Schalter 41 aufweist, der entsprechend dem Nordpol und dem Südpol des Drehteils 42 geöffnet und geschlossen
wird, wie es in der Fig. 8 gezeigt ist. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit höher als die vorbestimmte
Geschwindigkeit (von beispielsweise 50 km/h) ist und der ^° Absolutwert der Differenz zwischen Θ. (mit dem Anfangswert
"0") und dem Fahrtrichtungssignal θ größer als ein vorbestimmter Wert ist, werden die Werte Xn' in Übereinstimmung
mit drei Sätzen von Werten der korrigierten Werte x' und y1 für die entsprechenden Ausgangssignale χ und y gewonnen
und dann zu den vorhergehenden Versetzungsgrößen xß und
yQ addiert, um dadurch neue Versetzungsgrößen xQ und yQ
zu erhalten und zu speichern. Nachdem die neuen Versetzungsgrößen x_ und yQ erzielt worden sind, werden diese
von den Ausgangssignalen χ bzw. y des Erdmagnetfeld-Meßgebers
1 subtrahiert, so daß entsprechend den sich ergeben-
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den korrigierten Werten χ· bzw. y1 ein der Fahrtrichtung
des Fahrzeugs entsprechendes Kurssignal θ erzielt und ausgegeben wird.
Die Kursermittlungseinrichtung mit der Recheneinheit 2 ist so ausgebildet, daß sie im Ansprechen auf die Stromversorgung
durch das Schließen eines Stromversorgungsschalters
für die Einrichtung (oder die Stromversorgung durch das Schließen des Fahrzeug-Zündschlüsselschalters)
in Betrieb gesetzt wird; die Versetzungsgrößen sind unabhängig von dem Ein- und Ausschalten des Stromversörgungsschalters
in einem nicht-flüchtigen Speicher gespeichert.
Bei dem vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispiel erfolgt der Auszug der drei Wertesätze (x-, y- ), (x2»
y„) und (x,, y_) der korrigierten Werte x'y1 für die Ausgangssignale
χ und y des Erdmagnetfeld-Meßgebers 1 unter der Bedingung, daß die Fahrzeuggeschwindigkeit höher als
eine vorbestimmte Geschwindigkeit ist, wodurch der Auszug ^0 irgendwelcher momentaner abnormaler Werte verhindert wird
und daß die Fahrzeugdrehung bzw. Schwenkung größer als ein vorbestimmter Wert ist; dadurch wird die Genauigkeit
der Berechnung der Versetzungsgrößen xQ und yQ verbessert;
es ist jedoch offensichtlich, daß als Maßnahme zum Verhindern des Auszugs momentan abnormaler Werte der Auszug
allein dann zugelassen werden kann, wenn die Quadratsumme
2 2
(x1 + y1 ) der korrigierten Werte x' und y1 innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt.
(x1 + y1 ) der korrigierten Werte x' und y1 innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt.
Ferner werden bei dem vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispiel
die Werte xQ' und y ' entsprechend den vorgegebenen
drei Wertesätzen der korrigierten Werte x1 und
y' erzielt und zur Erzielung neuer Versetzungswerte bzw. Versetiungsgrößen x_. und y~ die auf diese Weise erzielten
OO
Werte χ · und yo' zu den vorhergehenden Versetzungsgrößen
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X0 und y0 addiert, jedoch ist es möglich, die derartigen
neuen Versetzungsgrößen xQ und yQ direkt aus drei Wertesätzen
der Ausgangssignale χ und y zu gewinnen, die erzeugt werden, wenn die Geschwindigkeit und die Drehung
des Fahrzeugs über vorbestimmten Werten liegen.
Ferner werden bei dem vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispiel
die drei Wertesätze der korrigierten Werte x^y1 dann gebildet, wenn die Geschwindigkeit und die Drehung
des Fahrzeugs über den vorbestimmten Werten liegen; es ist jedoch auch möglich, die Gestaltung derart zu treffen,
daß dann, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit einen vorbestimmten Wert übersteigt und die Werte des entsprechenden
korrigierten Werts x' irgendeinem der drei vorbe-
1^ stimmten Werte X1 , xo und x„ entsprechen (wobei diese
Werte voneinander um eine geeignete Zahl getrennt sind), der entsprechende Wert y' gespeichert wird, und die erwünschten
Versetzungsgrößen xQ und yQ berechnet und gespeichert
werden, wenn die den drei Werten x.,, x.^ unc*
^O χ entsprechenden Werte für y1 alle gespeichert werden,
bis eine vorbestimmte Strecke (von beispielsweise 1 bis 2 km) durchfahren ist. Dies ist auch bei dem vorangehend
genannten Verfahren der direkten Berechnung der erwünschten Versetzungsgrößen xQ und yQ aus dem Wert y anstelle
des Werts y1 anwendbar.
Ferner werden zwar die Rechenvorgänge für das Fortschreiben der Versetzungsgrößen xQ und yQ während des Betriebs
des Fahrzeugs vorgenommen, jedoch ist es möglich, einen
Versetzungsmeßschalter so einzubauen, daß das Fahrzeug an einer Stelle dreht, an der das Erdmagnetfeld normal
ist, und entsprechend vorgegebenen drei Sätzen von Ausgangssignalen χ und y des Erdmagnetfeld-Meßgebers 1 die
Berechnung der Versetzungsgrößen xn und yn ausgeführt
wird.
Λ- "::■ 'UO Ό.-..' 32ο8a83
-21- DE 1955
Weiterhin ist es möglich, eine Vielzahl von Wertsätzen
für x1 und y1 oder χ und y bei einer über einen vorbestimmten
Wert liegenden Fahrzeuggeschwindigkeit zu speichern, so daß eine Vielzahl von Versetzungsgrößen entsprechend
irgendwelchen gewählten drei Sätzen aus den gespeicherten Wertesätzen berechnet wird und aus der Vielzahl :
der Versetzungsgrößen Durchschnittswerte gebildet werden, um die erwünschten neuen Versetzungswerte zu erhalten.
Falls ferner die geometrische Vektor- Orteder Ausgangssignale
χ und y nicht einen Kreis, sondern eine Ellipse ergeben, kann zur Berechnung der Versetzungsgrößen die elliptische
Rechengleichung eingesetzt werden.
Weiterhin weist zwar der Erdmagnetfeld-Meßgeber 1 einen \
Ringkern-Drossel- bzw. Fluß-Sensor auf, jedoch kann dieser »
durch einen Fluß-Sensor bzw. Luftspalt-Sensor irgendeiner j
anderen Art, einen Hallgenerator oder dergl. ersetzt wer- |
den. I
!
Ferner besteht hinsichtlich der Berechnung eines Fahrt- !
richtungssignals θ keine Einschränkung auf die Berechnung
von tan" (x'/y1) und es kann das Signal mittels der 2N-Teilung
durch Pegelvergleich erzielt werden.
Weiterhin ist die Recheneinheit 2 nicht auf die digitale Verarbeitung mittels eines Mikrocomputersystems be schränkt;
die Recheneinheit kann vielmehr in analoger Weise durch eine Kombination aus Vergleicherschaltungen,
^O Addier/Subtrahier-Schaltungen usw. aufgebaut werden.
Ferner ist die Kursermittlungseinrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel nicht auf Landfahrzeuge beschränkt,
so daß sie in Schiffen, Luftfahrzeugen oder anderen Meß-
^° einrichtungen eingesetzt werden kann.
-22- DE 1955
Eine Kursermittlungseinrichtung wird an einem bewegten
Objekt angebracht und enthält einen Erdmagnetfeld-Meßgeber zur Erfassung der Richtung des Erdmagnetfelds in Form
orthogonaler erster und zweiter Signale und eine Rechenschaltung, die auf die orthogonalen ersten und zweiten
elektrischen Signale aus dem Erdmagnetfeld-Meßgeber anspricht. Wenn in der Rechenschaltung irgendeines der orthogonalen
ersten und zweiten elektrischen Signale aus dem Erdmagnetfeld-Meßgeber einen vorbestimmten Wert hat,
wird der Wert des anderen elektrischen Signals in der Weise erfaßt, daß entsprechend dem erfaßten Wert ein Versetzungswert
berechnet und gespeichert wird, und die elektrischen Signale aus dem Erdmagnetfeld-Meßgeber werden
entsprechend dem Versetzungswert korrigiert.
15
15
Claims (7)
- Patentansprüche( 1.) Kursermittlungseinrichturig, die an einem bewegten Objekt angebracht ist und die einen Erdmagnetfeld-Meßgeber zur Ermittlung der Richtung dec Erdmagnetfelds in Form eines ersten und eines zweiten Signals, die orthogonal sind, und eine Rechenschaltung aufweist, die zur Berechnung einer Fahrtrichtung des bewegten Objekts und zur Erzeugung eines Fahrtrichtungssignals auf die ersten und zweiten orthogonalen elektrischen Signale aus dem Erdmagnetfeld-Meßgeber anspricht, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechenschaltung (2) eine Entstöreinrichtung, die momentane abnormale Werte der ersten und zweiten orthogonalen elektrischen Signale (x,y) des Erdmagnetfeld-Meßgebers (1) ausscheidet, eine Rechen- und Speichereinrichtung, die Versetzungswerte (xOFFSET, yOFFSET; Xq.Yq) der ersten und zweiten orthogonalen elektrischen Signale (x,y) des Erdmagnetfeld-Meßgebers berechnet und speichert, wenn die elektrischen Signale eine vorbestimmte Bedingung erfüllen, und eine Korrektureinrichtung aufweist, die die elektrischen Signale des Erdmagnetfeld-Meßgebers unter Ausscheidung der abnormalen Werte derselben entsprechend den Versetzungswerten korrigiert.A/22-2- DE 1955
- 2. Kursermittlungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechen- und Speichereinrichtung (2) eine erste Recheneinrichtung zur Berechnung eines ersten korrigierten Ausgabewerts (x1), der durch Subtraktion eines ersten vorbestimmten Anfangswerts (xOFFSET) von dem Ausgangswert (x) des ersten elektrischen Signals des Erdmagnetfeld-Meßgebers (1) abgeleitet wird, und eine zweite Recheneinrichtung zur Berechnung eines zweiten korrigierten Ausgabewerts (y1) aufweist, der durch Subtraktion eines zweiten vorbestimmten Anfangswerts (yOFF-SET) von dem Ausgangswert (y) des zweiten elektrischen Signals des Erdmagnetfeld-Meßgebers abgeleitet wird
(Fig.4). - 3. Kursermittlungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechen- und Speichereinrichtung (2) eine dritte Recheneinheit, die den Zeitpunkt erfaßt, an dem der zweite korrigierte Ausgabewert (y1) gleich Null ist, und zur Berechnung eines ersten Versetzungswerts (xOFFSET) bei positivem ersten korrigierten Ausgabewert (x1) (einschließlich Null) den ersten korrigierten Ausgabewert von einer vorbestimmten Konstante (R) subtrahiert, eine vierte Recheneinrichtung, die den Zeitpunkt erfaßt, an dem der zweite korrigierte Ausgabe-*° wert gleich Null ist, und die zur Berechnung eines zweiten Versetzungswerts (xOFFSET) bei negativem ersten korrigierten Ausgabewert (x1) den ersten korrigierten Ausgabewert zu der vorbestimmten Konstante (R) addiert, und eine erste Speichereinrichtung aufweist, die den ersten und den zwei-ten Versetzungswert speichert (Fig.4).
- 4. Kursermittlungseinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechen- und Speicher einrichtung (2) eine fünfte Recheneinrichtung, die den Zeitpunkt erfaßt, an dem der erste korrigierte AusgabewertO L U ü k- ü-3- DE 1955(x') gleich Null ist, und die zur Berechnung eines dritten Versetzungswerts (yOFFSET) bei positivem zweiten korrigierten Ausgabewert (y1) (einschließlich Null) den zweiten korrigierten Ausgabewert von einer vorbestimmten Konstante (R) subtrahiert, eine sechste Recheneinrichtung, die den Zeitpunkt erfaßt, an dem der erste korrigierte Ausgabewert gleich Null ist, und die zur Berechnung eines vierten Versetzungswerts (yOFFSET) bei negativem zweiten korrigierten Ausgabewert (y1) den zweiten korrigierten Ausgabewert zu der vorbestimmten Konstante (R) addiert, und eine zweite Speichereinrichtung aufweist, die den dritten und den vierten Versetzungswert speichert (Fig.4).
- 5. Kursermittlungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entstöreinrichtung eine Recheneinrichtung zur Berechnung eines ersten korrigierten Ausgabewertes (x1), der durch Subtraktion eines vorbestimmten ersten Versetzungswerts (Xq) von einem ersten Ausgangssignalwert (x) des Erdmagnetfeld-Meßgebers (1) abgeleitet wird, und eines zweiten korrigierten Ausgabewerts (y1), der durch Subtraktion eines vorbestimmten zweiten Versetzungswerts (yQ) von einem zweiten Ausgangssignal (y) des Erdmagnetfeld-Meßgebers abgeleitet wird, eine Bestimmungseinrichtung, die ermittelt, ob ein die Quadratwurzel^ der Summe der Quadrate des ersten und des zweiten korrigierten Ausgabewertes darstellender Wert innerhalb eines vorbestimmten Wertebereichs (0,8 bis 1,2 R) liegt, und eine Halteeinrichtung aufweist, die bei Abweichung des die Quadratwurzel darstellenden Werts aus dem vorbestimm-ten Wertebereich heraus eine unmittelbar vor der Abweichung erzielte Fahrtrichtung ( &j) beibehält (Fig.6).
- 6. Kursermittlungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechen- und Speichereinrich-tung (2) eine erste Recheneinrichtung zur Berechnung eines-A- DE 1955ersten korrigierten Ausgabewertes (x1), der durch Subtraktion eines vorbestimmten ersten Versetzungswertes (χ 0) von dem Ausgangswert (x) des ersten elektrischen Signals des Erdmagnetfeld-Meßgebers (1) abgeleitet wird, und eine zweite Recheneinrichtung zur Berechnung eines zweiten korrigierten Ausgabewerts (y1) aufweist, der durch Subtraktion eines vorbestimmten zweiten Versetzungswerts (yQ) von dem Ausgangswert (y) des zweiten elektrischen Signals des Erdmagnetfeld-Meßgebers abgeleitet wird, und daß die Korrektureinrichtung (2) eine Signalerzeugungseinrichtung zur Bildung eines Tangenswerts aus dem ersten und dem zweiten korrigierten Ausgabewert aufweist, um damit ein Fahrtrichtungswinkel-Signal ( θ ) zu berechnen und zu erzeugen.
- 7. Kursermittlungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechen- und Speichereinrichtung (2) eine Einrichtung zum Berechnen und Speichern dritter und vierter Versetzungswerte (xo+x' ; Vq+Y'q) aufweist, die in Übereinstimmung mit beliebig erzielten drei Sätzen von Werten (x., y.; x?, y_; x„ , y„) der ersten und zweiten korrigierten Ausgabewerte abgeleitet werden, wenn die Geschwindigkeit des bewegten Objekts höher als eine vorbestimmte Geschwindigkeit ist und die Differenz zwischen dem Fahrtrichtungswinkel ( Θ ) und einem vorbestimmten Winkel ($i) über einem vorbestimmten Wert liegt.
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