DE3305054C2 - - Google Patents
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- DE3305054C2 DE3305054C2 DE3305054A DE3305054A DE3305054C2 DE 3305054 C2 DE3305054 C2 DE 3305054C2 DE 3305054 A DE3305054 A DE 3305054A DE 3305054 A DE3305054 A DE 3305054A DE 3305054 C2 DE3305054 C2 DE 3305054C2
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kompaß nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. einen Kompaß nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 3.
Ein derartiger Kompaß findet insbesondere in Fahrleitsystemen
von automatischen Fahrzeugen Anwendung, die dazu
verwendet werden, um während der Fahrt die Richtung
zum Fahrziel anzuzeigen.
Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf
eine Fehlerkorrektur bei einem derartigen Kompaß, mittels
der ein sich dynamisch ändernder Störfeldeinfluß
erfaßt bzw. kompensiert werden kann.
Ein gattungsgemäßer Kompaß ist bereits aus der
DE-OS 26 51 678 bekannt. Bei dem bekannten Kompaß
werden die Magnetfeldkomponenten in den drei senkrecht
aufeinanderstehenden Raumrichtungen gemessen. Die einzelnen
Magnetfeldkomponenten werden in einer Schaltung
zu einem Signal zusammengefaßt, das den Betrag des Gesamtmagnetfeldes
darstellt. Dieses Betragssignal wird in
der Vergleichsschaltung mit einem vorgegebenen Wert
verglichen, um eine Amplitudenabweichung des
gemessenen Magnetfeldsignales von einer vorgegebenen
Magnetfeldgröße feststellen zu können. Bei Auftreten
einer unzulässigen Amplitudenabweichung des gemessenen
Magnetfeldsignales schaltet der bekannte Kompaß auf ein
Ersatz-Richtungsanzeigesystem um. Der bekannte Kompaß
ist nicht in der Lage, einen unzulässig hohen Störfeldeinfluß
zu ermitteln und kann gleichfalls nicht den Einfluß
eines Störfeldes kompensieren.
Die DE-OS 17 73 508 offenbart einen Kompaß für die Fahrzeugnavigation.
Wie auf den Seiten 6 und 7 dieser Druckschrift
ausgeführt wird, tritt bei einem in einem Fahrzeug
eingebauten Kompaß eine Fehlgröße auf, die durch
die Metallmasse des Fahrzeugs sowie durch metallische
Magnetmassen des Fahrzeugs bestimmt ist. Zur Kompensation
derartiger Störgrößen ist bei dem bekannten Kompaß
eine Speichereinrichtung vorgesehen, in der Parameter
abgespeichert sind, die bestimmte Störgrößen des durch
das Fahrzeug erzeugten Magnetfeldes darstellen, wobei
diese Störgrößen für den jeweiligen Fahrzeugtyp durch
einen Vorversuch bestimmt worden sind. Mit dem bekannten
Kompaß kann jedoch nur dann eine Kompensation des durch
das Fahrzeug erzeugten Magnetfeldes bei der Messung des
Erdmagnetfeldes erreicht werden, wenn das durch das
Fahrzeug erzeugte Magnetfeld unveränderlich bleibt. Dies
ist jedoch in der Praxis niemals der Fall. Jegliche Abweichungen
in dem durch das Fahrzeug erzeugten Magnetfeld
führen zu Fehlern in der Anzeige des Erdmagnetfeldes
und somit zu Fehlern in der Richtungsanzeige.
Die DE-OS 23 22 778 zeigt einen weiteren Kompaß mit
einer Kompensationsschaltung zum Kompensieren des Einflusses
eines durch das Fahrzeug erzeugten Magnetfeldes.
Die Kompensationsschaltung dient jedoch nur der Kompensation
eines konstanten, also zeitlich unveränderlichen,
durch das Fahrzeug selbst erzeugten Magnetfeldes. Jegliche
Abweichungen in dem durch das Fahrzeug erzeugten
Magnetfeld, die beispielsweise schon dadurch hervorgerufen
werden können, daß das Fahrzeug längere Zeit in
einer bestimmten Himmelsrichtung steht und damit vormagnetisiert
wird, führen zwangsweise zur Beeinflussung
der Messung der Richtung aufgrund des Erdmagnetfeldes.
In der älteren Anmeldung DE-OS 31 36 505 ist eine Kompaßmeßschaltung
vorgeschlagen, die jedoch nur zur Kompensation
eines unveränderlichen, konstanten Störmagnetfeldes
dient.
Auch die ältere Anmeldung DE-OS 31 41 439 schlägt lediglich
einen Kompaß vor, bei dem dynamische Störmagnetfelder
weder erfaßt noch kompensiert werden können.
Gegenüber diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden
Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Kompaß mit den
Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 bzw. einen
Kompaß mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs
3 so weiterzubilden, daß eine fehlerhafte Messung auch
dann nicht auftritt, wenn eine Störkomponente des gemessenen
Magnetfeldes zeitlichen Schwankungen unterworfen
ist.
Diese Aufgabe wird bei einem Kompaß nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 durch die Merkmale im kennzeichnenden
Teil des Anspruchs 1 und bei einem Kompaß nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 3 durch die Merkmale im kennzeichnenden
Teil des Anspruchs 3 gelöst.
Der erfindungsgemäße Kompaß gemäß Anspruch 1 ermöglicht
die Erzeugung eines Fehlersignales, wenn das erste
Signal bei der vorbestimmten Phase den Bezugswert überschreitet.
Damit kann bei Vorliegen des Fehlersignales
die als fehlerhaft erkannte Richtungsanzeige außer Betracht
gelassen werden.
Der erfindungsgemäße Kompaß gemäß Anspruch 3 führt eine
Kompensation des gemessenen Magnetfeldes durch Beseitigung
des Einflusses des dynamischen Störmagnetfeldes
durch.
Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kompasses sind in
den Unteransprüchen angegeben.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend
anhand der Zeichnung näher beschrieben.
Es zeigen
Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm
eines ersten Fahrtleitsystems;
Fig. 2 eine Darstellung, die ein Verfahren zur Bestimmung
einer Fahrzeugorientierung bezüglich
des Erdmagnetfeldes zeigt, welches bei
dem Fahrtleitsystem von Fig. 1 durchgeführt
wird;
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispieles
des Magnetkompasses, der in
dem Fahrtleitsystem von Fig. 1 verwendet
wird;
Fig. 4 eine vergrößerte, perspektivische Darstellung
eines wichtigen Teiles des Magnetkompasses
von Fig. 3;
Fig. 5 ein Schaltungsdiagramm des Magnetkompasses
von Fig. 3;
Fig. 6a bis 6c Darstellungen der Betriebsweise der Magnetspulen
in dem Magnetkompaß von Fig. 3;
Fig. 6d bis 6f Signalpegel bei der Magnetspulenlage, die
jeweils in Fig. 6a bis Fig. 6c dargestellt
ist;
Fig. 7 eine erläuternde Darstellung der Art, in
der das Störmagnetfeld
ermittelt werden kann;
Fig. 8 eine Darstellung einer Art der Korrektur
der ermittelten Richtung zur Beseitigung
des Einflusses des Störmagnetfeldes;
Fig. 9 eine perspektivische Explosionsdarstellung
eines Fahrzeug-Fahrtentfernungsfühlers,
wie er in dem Fahrtleitsystem
von Fig. 1 verwendet wird;
Fig. 10 eine Vorderansicht eines Tastenfeldes,
das als Eingabeeinheit des Fahrtleitsystems
von Fig. 10 dient;
Fig. 11 eine Vorderansicht einer Anzeige in dem
Fahrtleitsystem von Fig. 1;
Fig. 12a bis 12d jeweils Anzeigen der Richtung und der
verbleibenden Entfernung bei den Punkten
a, b, c, d in Fig. 13;
Fig. 13 eine Darstellung einer beispielhaften
Fahrzeugfahrtroute von einem Startpunkt a
zu einem Zielort D;
Fig. 14 eine beispielhafte Anordnung des Magnetkompasses,
der als Richtungsfühler dient,
des Entfernungsfühlers, des Tastenfeldes
und der Anzeige in einem Kraftfahrzeug;
Fig. 15 ein Blockdiagramm eines Fehlerdetektors;
Fig. 16 ein Blockdiagramm eines Phasendetektors
in dem Fahrtleitsystem von Fig. 1;
Fig. 17 eine Zeitdarstellung der Betriebsweise
des Phasendetektors von Fig. 16;
Fig. 18 ein Blockdiagramm einer arithmetischen
Schaltung des Fahrtleitsystems von
Fig. 1;
Fig. 19 eine Darstellung der Beziehung zwischen
der Größe des Erdmagnetfeldes,
der Größe des Ausgangssignals des
magnetischen Kompasses und des Störmagnetfeldes,
die den Einfluß des
Störmagnetfeldes bei der Ermittlung
des Erdmagnetfeldes zeigt;
Fig. 20 eine ähnliche Darstellung wie in Fig. 19,
die jedoch den Zustand des Magnetkompasses
zeigt, wenn das Störmagnetfeld
einen vorbestimmten hinnehmbaren
Pegel übersteigt;
Fig. 21 ein schematisches Blockdiagramm eines
zweiten Fahrtleitsystems;
Fig. 22 ein Blockdiagramm von Details der Korrekturschaltung
in dem Fahrtleitsystem
von Fig. 21;
Fig. 23 eine Logik zur Erfassung des Einflusses
des Störmagnetfeldes auf die
Ermittlung des Erdmagnetfeldes in
dem Fahrtleitsystem von Fig. 21;
Fig. 24 ein Blockdiagramm einer arithmetischen
Schaltung in dem Fahrtleitsystem von
Fig. 21;
Fig. 25 eine Zeitdarstellung der Betriebsweise
der Korrekturschaltung von Fig. 22;
Fig. 26 ein schematisches Blockdiagramm eines
dritten
Fahrtleitsystems;
Fig. 27 ein Blockdiagramm der Korrekturschaltung
in dem Fahrtleitsystem von Fig. 26;
Fig. 28 eine zu der in Fig. 23 gezeigten Darstellung
ähnliche Darstellung, die die
Logik zur Erfassung des Einflusses des
Störmagnetfeldes auf die Ermittlung
der Fahrzeugrichtung darstellt; und
Fig. 29 ein schematisches Blockdiagramm eines
vierten
Fahrtleitsystems.
Bezugnehmend auf die Zeichnungen wird die allgemeine Bauweise
eines ersten Fahrtleitsystems
in Fig. 1 dargestellt.
Das Fahrtleitsystem enthält
einen Richtungsfühler 10 zum Ermitteln der Lage des Fahrzeugs
und einen Entfernungsfühler 20 zum Ermitteln der
Fahrtentfernung des Fahrzeugs. Eine arithmetische Schaltung
30 enthält einen Mikrocomputer und ist einer Eingabeeinheit
40 zum Aufnehmen von Zielortdaten zugeordnet. Die
Zielortdaten werden einer Landkarte in x- und y-Koordinaten
bezüglich Koordinatenachsen, die auf einen Startpunkt zentriert
sind, entnommen. Die arithmetische Schaltung 30 verarbeitet
die Zielortdaten, um die Richtung zum Zielort bezüglich
des Startpunktes und die Entfernung zwischen dem
Zielort und Startpunkt abzuleiten.
Die arithmetische Schaltung 30 empfängt ebenso Richtungsdaten
von dem Richtungsfühler 10 und Entfernungsdaten von
dem Entfernungsfühler 20. Auf der Basis der Richtungsdaten
und Entfernungsdaten bestimmt die arithmetische Schaltung
die Fahrzeuglage, ausgedrückt in x-y-Koordinaten, auf die
nachfolgend als "Positionsdaten" bzw. "Lagedaten" Bezug genommen
wird. Aufgrund der Zielortdaten und der Positionsdaten
bestimmt die arithmetische Schaltung die Richtung zum
Zielort bezüglich der Fahrzeuglage und die Entfernung zwischen
dem Zielort und der Position des Fahrzeugs.
Auf der Basis der bestimmten Richtung zum Zielort und der
Entfernung vom Zielort steuert die arithmetische Einheit
eine Anzeige 50.
Der Richtungsfühler 10 ermittelt das Erdmagnetfeld
und erzeugt ein das Erdmagnetfeld anzeigendes erstes Signal S₁
und ein ein Bezugssignal darstellendes zweites Signal S₂. Das das Erdmagnetfeld anzeigende
erste Signal S₁ ist ein sinusförmiges Signal, und das Bezugssignal
ist ein Pulssignal, wie in Fig. 2 dargestellt
ist.
Das das Erdmagnetfeld anzeigende erste Signal S₁ und das Bezugssignal
werden über einen Fehlerdetektor 70 (Vergleichsschaltung), an einen Phasendetektor
60 angelegt. Der Fehlerdetektor 70 wird später
detailliert beschrieben. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, ermittelt
der Phasendetektor 60 eine Veränderung des das Erdmagnetfeld
anzeigenden Signales S₁ bei einem Null-Durchgang
während des Ansteigens des Signales vom Negativen
zum Positiven hin und die vordere Kante des Bezugssignales
S₂. Aufgrund der ermittelten Merkmale des das Erdmagnetfeld
anzeigenden Signals S₁ und des Bezugssignals S₂ erzeugt der
Phasendetektor ein Phasensignal S R , das die Differenz R zwischen
den jeweiligen Signalphasen anzeigt. Diese Signalphasendifferenz
R entspricht der winkelmäßigen Differenz zwischen
der Fahrzeugausrichtung und dem magnetischen Nordpol.
Das Phasensignal S R ist ein binäres Signal, das die Fahrzeugrichtung
darstellt und daher die Richtungsdaten in
Seitenwinkel-Ausdrücken angibt. Der Seitenwinkel ist in eine
Mehrzahl von Richtungen aufgeteilt, z. B. in 256 Richtungen,
und jede Richtung ist durch eine besondere Binärzahl ausgedrückt.
In der Praxis ist die Binärzahl für jede Richtung
auf die Westrichtung bezogen, d. h. in dem gezeigten Ausführungsbeispiel
ist die Richtung Westen 0, die Nordrichtung
entspricht 64, die Ostrichtung ist 128 und die
Südrichtung ist 192.
Andererseits ist der Entfernungsfühler dazu geeignet, ein
Entfernungssignal S₃ von der Art einer Pulskette zu erzeugen,
wobei jeder Puls eine bestimmte Fahrtentfernung anzeigt.
Das Entfernungssignal S₃ wird einem Entfernungszähler
80 zugeführt, der die Entfernungssignale zählt und ein
die Richtung anzeigendes Zählsignal S erzeugt, das die
Entfernung anzeigt, die das Fahrzeug vom Startpunkt aus
zurückgelegt hat. Die arithmetische Schaltung 30 empfängt
sowohl das Phasensignal S R von dem Phasendetektor 60 wie
auch das die Entfernung angebende Zählsignal S von dem
Entfernungszähler 80. Ebenso empfängt die arithmetische
Schaltung 30 die Zielortdaten von der Eingabeeinheit 40,
die durch die x- und y-Koordinaten bezüglich des Startpunktes
auf einer Koordinaten-Landkarte gegeben sind. Es
sei hier angenommen, daß die x- und y-Koordinaten des
Startpunktes und des Zielortes jeweils (x ₀, y ₀) und (x d ,
y d ) sind, wobei die Entfernung L zwischen dem Startpunkt
(x₀, y₀) und dem Zielort (x d, y d ) aus folgendem Ausdruck
abgeleitet werden kann:
Die Richtung R₀ vom Startpunkt zum Zielort bezüglich Norden
kann aus folgender Gleichung berechnet werden:
Andererseits können unter der Voraussetzung, daß das Fahrzeug
in die Richtung R₁ fährt und daß die aufaddierte Entfernung
vom Startpunkt gleich ds ist, die momentanen x-
und y-Koordinaten (x₁, y₁) des Fahrzeugs folgendermaßen
ermittelt werden:
x₁ = x₀ + cos R₁ · ds (3)
y₁ = y₀ + sin R₁ · ds (4)
y₁ = y₀ + sin R₁ · ds (4)
Auf der Basis der Fahrzeugpositionsdaten (x₁, y₁) und der
Zielortdaten (x d , y d ) berechnet die arithmetische Schaltung
30 die Entfernung L₁ zwischen der Fahrzeuglage und
dem Zielort sowie die Richtung R a zum Zielort in periodischer
Weise. Die arithmetische Schaltung 30 erzeugt daraufhin
ein Anzeigesteuersignal S₄, das die ermittelte Entfernung
L₁ und die ermittelte Richtung R a anzeigt. Das Anzeigesteuersignal
S₄ wird der Anzeige 50 zugeführt, um die
Anzeige auf den neuesten Stand zu bringen.
Der Fehlerdetektor 70 ermittelt den Fehler in dem das
Erdmagnetfeld anzeigenden Signal S₁, um ein Alarmsignal
S₅ zu erzeugen, wenn der ermittelte Fehler einen vorbestimmten
hinnehmbaren Bereich überschreitet. Um den Fehler
in dem das Erdmagnetfeld anzeigenden ersten Signal S₁ zu erfassen,
vergleicht der Fehlerdetektor 70 den Signalpegel des das
Erdmagnetfeld anzeigenden Signales mit einem Bezugswert.
Wenn die Differenz zwischen dem Pegel des das Erdmagnetfeld
anzeigenden Signals und dem Bezugswert einen vorgegebenen
erlaubten Bereich übersteigt, wird das Alarmsignal S₅ der
Alarmeinheit 90 zugeführt. Die Alarmeinheit 90 hat einen
Summer, eine Alarmlampe oder ein ähnliches Anzeigegerät,
um anzuzeigen, daß der Fehler in dem das Erdmagnetfeld anzeigenden
Signal S₁ den erlaubten Bereich übersteigt und
zeigt damit an, daß der Richtungsfühler fehlerhaft gearbeitet
hat.
Die Fig. 3 bis 6 zeigen Details des Richtungsfühlers 10,
der in dem obengenannten Fahrtleitsystem verwendet wird.
Wie in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist, enthält der
Richtungsfühler 10 ein Paar von Magnetspulen 102
und 104, die mit einer Drehwelle 106 gedreht werden können,
die koaxial mit der Antriebswelle 108 eines Elektromotors
110 verbunden ist. Wie in Fig. 4 dargestellt ist, hat jede
Magnetspule 102 und 104 einen magnetischen Kern 112.
Die Magnetspulen 102 und 104 sind elektrisch miteinander
verbunden und derart angeordnet, daß sie eine Veränderung
des kombinierten Ausgangspegels in Abhängigkeit
zu einer vertikalen Komponente des Erdmagnetfeldes beseitigen.
Der Richtungsfühler 10 enthält ferner einen Photofühler 114
und einen Photounterbrecher 116, der die Drehlage der
Magnetspulen 102 und 104 ermittelt. Der Photofühler 114
erzeugt ein Bezugssignal (zweites Signal S₂) vom Rechteckpuls-Typ, wie es
in Fig. 6 (E) dargestellt ist, wenn die Magnetspulen 102
und 104 in einer vorbestimmten Drehlage sind. Die Magnetspulen
102 und 104 sind einander zugeordnet, um die horizontale
Komponente des Erdmagnetfeldes zu ermitteln, wie
es in Fig. 6 (A) bis Fig. 6 (C) dargestellt ist. Die Magnetspulen
102 und 104 erzeugen an ihrem Ausgang das das Erdmagnetfeld
anzeigende sinusförmige erste Signal S₁, wie es in
Fig. 6 (D) gezeigt ist.
Der Richtungsfühler 10 enthält ebenfalls einen Korrektursignal-
Generator 118 mit einer von Hand einstellbaren Korrekturauswahlschaltung
120. Die Korrekturauswahlschaltung
120 korrigiert den Fehler in dem das Erdmagnetfeld anzeigenden
Signal aufgrund des Magnetfeldes des Fahrzeugs
selbst, in dem der Korrektursignalpegel des Korrektursignalgenerators
118 eingestellt wird. Der Korrektursignalgenerator
118 erzeugt Signale, wie sie in Fig. 6 (F) dargestellt
sind, die einen Phasenversatz von 90° zueinander
haben und jeweils die Ost-West-Komponente und die Nord-Süd-
Komponente darstellen. Die Korrekturauswahlschaltung 120
kann betätigt werden, um das das Erdmagnetfeld anzeigende
Signal bezüglich eines Magnetkompasses oder einer Richtungsanzeige
122 einzustellen, wie es in
den Fig. 7 und 8 gezeigt ist.
In den Fig. 7 und 8 wird das Fahrzeug mit dem Richtungsfühler
10 auf der Richtungsanzeige 122 aufgestellt und nach
Norden ausgerichtet. In dieser Lage wird das das Erdmagnetfeld
anzeigende erste Signal S₁ überprüft, um den Fehler Δ R zu ermitteln,
wie es durch die gestrichelten Linien in Fig. 8 angegeben
ist.
Ähnliche Richtungsfühler zur Ermittlung der Fahrzeugrichtung
sind in der Fachzeitschrift SAE/SP.80/458/SO2.50 unter
dem Titel "Magnetic Field Sensor and Its Application to
Automobiles" von Hisatsugo Ito und anderen beschrieben,
wobei dieser Artikel durch die Gesellschaft der Automobilingenieure
(SAE) veröffentlicht wurde. Durch Angabe
dieser Fundstelle erübrigt sich eine genauere Beschreibung
dieser Richtungsfühler.
Fig. 9 zeigt den Entfernungsfühler 20 in dem Fahrtleitsystem
von Fig. 1. Der Entfernungsfühler 20 ist längs
einer Tachometerleitung angeschlossen, um ein Entfernungssignal
vom Puls-Typ mit einer zur Fahrzeuggeschwindigkeit
proportionalen Frequenz zu erzeugen. Der Entfernungsfühler
20 enthält ein Fühlergehäuse 202, das fest auf der Tachometerleitung
bzw. Tachometerwelle befestigt ist, einen
Photounterbrecher 204 mit einem Lichtsender 206 und einem
Lichtempfänger 208 sowie ein Schließelement 210. Das
Schließelement 210 hat eine Drehwelle 212, die koaxial mit
der Tachometerwelle verbunden ist, um sich mit dieser zu
drehen. Eine Unterbrecherscheibe 214 mit einer Mehrzahl
von Unterbrecherblättern 216 ist an der Drehwelle befestigt,
um sich in Synchronisation mit der Fahrzeugbewegung zu
drehen. Die Unterbrecherblätter 216 unterbrechen das Licht
zwischen dem Lichtsender 206 und dem Lichtempfänger 208,
wenn sich die Welle 212 dreht. Bei jeder Unterbrechung
des Lichtes erzeugt der Lichtempfänger 208 ein Signal mit
einem hohen Pegel, das als Entfernungssignal vom Puls-Typ
S₃ dient. In dem gezeigten Beispiel ist die Anzahl
der Unterbrecherblätter 8 (acht), um 8 Pulse pro Umdrehung
der Tachometerwelle zu erzeugen.
Fig. 10 zeigt detailliert die Eingabeeinheit 40 in dem
Fahrtleitsystem von Fig. 1. Die Eingabeeinheit 40 hat eine
Leistungsschaltung 402, einen Betriebsartauswahlschalter 404,
Richtungstasten 406, 408, 410 und 412, Entfernungstasten 414
und 416, eine Auswahltaste 418 für die Entfernungseinheiten
und einen Einstellschalter 420. Der Leistungsschalter
402 liegt in einem Leistungsschaltkreis (nicht dargestellt),
um den EIN-/AUS-Zustand des Systems zu steuern,
d. h. der Leistungsschalter 402 dient zum Einschalten und
Ausschalten des Systems. Allerdings ist der Schalter 402
nicht mit einem Speicher zum Speichern der Eingabedaten
verbunden, so daß die Eingabedaten beibehalten werden, auch
wenn der Leistungsschalter ausgeschaltet wird. Die Eingabedaten
können gelöscht werden, indem ein Zugriffschalter
(nicht dargestellt) ausgeschaltet wird, der durch den Zündschlüssel
betätigt wird.
Der Betriebsartauswahlschalter 404 dient zum Umschalten der
Betriebsart des Fahrtleitsystems zwischen der Leit-Betriebsweise,
bei der die Richtung und die verbleibende Entfernung
zum Zielort angezeigt wird, und der Kompaß-Betriebsweise,
bei der die Fahrzeugrichtung angezeigt wird. Der Betriebsartauswahlschalter
404 ist jeweils Anzeigern 422 und 424
zugeordnet, die eingeschaltet sind, wenn die entsprechende
Betriebsart ausgewählt ist. Die Richtungstasten 406, 408,
410 und 412 sind während der Kompaß-Betriebsart betätigbar,
um die Richtungsdaten einzugeben. Jede Richtungstaste ist
dazu geeignet, die Richtungsdaten zu einem gegebenen
Zeitpunkt zu erhöhen oder zu erniedrigen. In Übereinstimmung
mit dem Erhöhen oder Erniedrigen der Richtungsdaten
schaltet sich einer der Anzeiger 424, 426, 428, 430, 432, 434,
436 oder 438 der Reihe nach ein. Wenn der Anzeiger 424,
der der Nordrichtung entspricht, eingeschaltet ist, haben
die Eingabedaten, d. h. die Richtungsdaten, den Wert 64, der
die Nordrichtung anzeigt, wie vorhergehend ausgeführt wurde.
Wenn daraufhin die Richtungstaste 408 niedergedrückt
wird, wird der Wert der Richtungsdaten erhöht, um der Reihe
nach die Anzeiger 426 und 428 einzuschalten. Wenn der Anzeiger
428 eingeschaltet ist, kann die Richtungstaste 408
losgelassen werden, so daß die Richtungsdaten auf einen
neuen Stand gebracht sind, um den Wert 128, der die Ostrichtung
anzeigt, zu haben.
Die Entfernungstaste 414 ist der niedrigstwertigsten Ziffer
442 der Anzeige 440 zugeordnet, um der Reihe nach die
angezeigte Zahl zu einem gegebenen Zeitpunkt zu ändern,
solange die Taste niedergedrückt wird, wobei diese Änderung
aufhört, sobald die Entfernungstaste 414 losgelassen wird.
In der Anzeige 440 ist die niedrigstwertigste Ziffer unabhängig
von den anderen Ziffern, so daß sich die Ziffer von
9 bis 0 ändert, wobei die anderen Ziffern unverändert bleiben.
Die Entfernungstaste 416 ist der Ziffer 444 zugeordnet,
die die zweitniedrigstwertigste Ziffer der Anzeige 440 ist,
um der Reihe nach die angezeigte Ziffer zu einem gegebenen
Zeitpunkt zu verändern, solange die Taste niedergedrückt
wird, wobei die Veränderung aufhört, sobald die Taste 416
losgelassen wird. Wenn sich in diesem Fall die Ziffer von 9
nach 0 ändert, wird die nächsthöchstwertigste Ziffer um 1
erhöht. Die Eingabeeinheit 40 erzeugt ein die eingestellte
Entfernung anzeigendes Signal S₆ mit einem Wert, der
den Anzeigewert darstellt.
Beim Einstellen der Zielortdaten (x d , y d ) werden die Entfernungstasten
414 und 416 zweimal betätigt, um jede der
x- und y-Koordinaten des Zielortes einzustellen, wie es in
der Landkarte angegeben ist. Durch Betätigen der Entfernungstasten
414 und 416 werden die x-Koordinaten-Daten
und die y-Koordinaten-Daten des Zielortes bezüglich des
Startpunktes x₀, y₀ eingegeben. Die die eingestellte Entfernung
angebenden Signale S₆ zeigen jeweils die x- und
y-Koordinaten des Zielortes an und werden der arithmetischen
Schaltung 30 zugeführt und in dieser Schaltung gespeichert.
Fig. 11 zeigt die Anzeige 50 mit einem die Entfernung anzeigenden
Element 502 mit einer Mehrzahl von Strich-Segmenten
504 und ein die Richtung anzeigendes Element 506
mit einer Vielzahl von pfeilförmigen Segmenten 508. Das
die Entfernung anzeigende Element 502 zeigt die verbleibende
Entfernung zum Zielort an. Jedes der Strich-Segmente
504 zeigt einen Prozentsatz der Fahrtstrecke bezüglich
einer anfänglichen Entfernung zwischen dem Startpunkt und
dem Zielort an.
Das die Entfernung anzeigende Element 502 ist dazu geeignet,
die verbleibende Fahrtstrecke zum Zielort hervorgehoben
anzuzeigen. Daher wird jedes die Entfernung anzeigende
Element in der Reihenfolge ausgeschaltet, in der das Fahrzeug
sich dem Zielort nähert. Andererseits zeigen jeweils
die pfeilförmigen Segmente 508 des die Richtung anzeigenden
Elementes 506 die Richtung zum Zielort hin bezüglich
der Fahrzeugrichtung an. Daher leuchtet entsprechend der
Richtung zum Ziel eines der pfeilförmigen Segmente 508.
Das Anzeigeverfahren der Anzeige 50 ist in den Fig. 12 (a) bis 12 (d) dargestellt.
Die Funktion der Anzeige 50, wie sie in den Fig. 12 (a)
bis 12 (d) dargestellt ist, wird unter Bezugnahme auf eine
beispielhafte Fahrtroute, wie sie in Fig. 13 dargestellt
ist, kurz beschrieben. In der Fig. 13 ist der Punkt bei
(x₀, y₀) ein Startpunkt, bei dem die Anzeige einen Wert
darstellt, wie es in Fig. 12 (a) gezeigt ist. Der Punkt D
ist der Zielort (x d , y d ), der aus der Karte entnommen wurde.
Die Punkte b und c stellen jeweils zwischenzeitliche
Punkte der Fahrt dar. Beim Punkt b zeigt die Anzeige 50
die verbleibende Entfernung und die Fahrtrichtung an, wie
es in Fig. 12 (b) dargestellt ist. Bei dem Punkt c, der
nahe am Zielort D liegt, zeigt die Anzeige 50, daß das
Fahrzeug nahe am Zielort ist, indem das letzte strichförmige
Element 504 beleuchtet wird, wie es in Fig. 12 (c) dargestellt
ist. Wenn das Fahrzeug am Zielort vorbeifährt und
den Punkt d erreicht, erhöht die Anzeige die Anzahl der beleuchteten
strichförmigen Segmente 504 und zeigt eine
Rückwärtsrichtung bezüglich des pfeilförmigen Segmentes
508 an, wie es in Fig. 12 (d) gezeigt ist.
Eine Anordnung des Richtungsfühlers 10, der
Eingabeeinheit 40 und der Anzeige 50 ist in Fig. 14 dargestellt.
Die Fig. 15, 16 und 18 zeigen jeweils Details der Schaltkreiselemente
des Fahrtleitsystems von Fig. 1. Fig. 15
zeigt den Fehlerdetektor 70, Fig. 16 zeigt den Phasendetektor
60 und Fig. 18 zeigt die arithmetische Schaltung 30.
Wie in Fig. 1 gezeigt ist, liegt der Fehlerdetektor 70 zwischen
dem Richtungsfühler 10 und dem Phasendetektor 60. Wie
in Fig. 15 gezeigt ist, enthält der Fehlerdetektor 70 einen
zweiten Phasendetektor 702, eine Speicherschaltung 704,
einen Komparator 706 und einen Verstärker 708. Der Phasendetektor
702 ist im wesentlichen die gleiche Schaltung, wie
sie in Fig. 16 dargestellt ist. Wie bereits beschrieben
wurde, ist der Phasendetektor 702 dazu geeignet, die Fahrzeuglage
durch Ermitteln der Differenz zwischen den Phasen
des das Erdmagnetfeld anzeigenden ersten Signales S₁ und des Bezugssignales
S₂ zu erfassen, wie es in Fig. 2 dargestellt
ist. Der Phasendetektor 702 erzeugt ein Speicherauslesesignal S₇₁,
das einen Wert hat, der die ermittelte Phasendifferenz anzeigt.
Das Speicherauslesesignal S₇₁ wird der Speicherschaltung
704 zugeführt. Das das Erdmagnetfeld anzeigende Signal S₁
wird ebenso in direkter Weise von dem Richtungsfühler 10
der Speicherschaltung eingegeben.
Die Speicherschaltung 704 speichert einen Bezugswert entsprechend
dem Signalpegel des das Erdmagnetfeld anzeigenden
ersten Signales S₁, der mit dessen momentanen Wert verglichen
werden soll. Die Speicherschaltung 704 erzeugt an ihrem
Ausgang den gespeicherten Wert und führt ihn dem Komparator
706 als Bezugswert S₇₂ zu. Der Komparator 706
empfängt daher den Bezugswert und das das Erdmagnetfeld
anzeigende erste Signal S₁ direkt von dem Richtungsfühler 10 und
vergleicht deren Signalpegel. Der Komparator 706 erzeugt
ein die Fehlerhaftigkeit der aufgrund des gemessenen Magnetfeldes
ermittelten Richtung anzeigendes Signal S₇₃, wenn die Differenz zwischen den
Signalpegeln des das Erdmagnetfeld anzeigenden ersten Signales S₁
und des Bezugswertes S₇₂ größer als eine vorgegebene
Schwelle ist. Das Signal S₇₃ wird einer Alarmeinheit
90 über einen Verstärker 708 zugeführt, um einen
Alarm zu erzeugen.
Der Phasendetektor 60, der in Fig. 16 dargestellt ist, enthält
einen Zähler 602 und einen Taktsignal-Generator 604
zum Erzeugen eines Bezugspulssignals S₆₁ mit einer vorbestimmten
Frequenz. Das Bezugssignal S₆₁ dient als Takt zum
Messen des Zeitintervalls τ zwischen dem positiven Null-
Durchgangspunkt p₁ des das Erdmagnetfeld anzeigenden ersten Signals
S₁ und der steigenden Flanke des Bezugssignals S₂,
wie es in Fig. 17 dargestellt ist. Der Zähler 602 empfängt
das das Erdmagnetfeld anzeigende erste Signal S₁ an seiner Stopp-
bzw. Rücksetz-Klemme und empfängt das Bezugssignal S₂ an
seiner Start-Klemme. In Reaktion auf das Bezugssignal S₂
wird der Zähler 602 betätigt, um die Bezugspulse S₆₁ als
Taktpulse zu zählen und um ein Zählersignal zu erzeugen,
das als Phasensignal S R dient und einen Wert hat, der den
Zählerwert darstellt. Der Zähler 602 spricht auf das das
Erdmagnetfeld anzeigende erste Signal S₁ an, um mit dem Zählen
aufzuhören und um den letzten Zählwert zu halten.
Daher erzeugt der Zähler 602 an seinem Ausgang in Antwort
auf das das Erdmagnetfeld anzeigende erste Signal S₁ den gehaltenen
Wert des Phasensignals S R und führt diesen Wert der
arithmetischen Schaltung 30 zu.
Wie in Fig. 18 dargestellt ist, enthält die arithmetische
Schaltung 30 einen Mikrocomputer mit einer Schnittstelle
302, mit einer CPU (zentralen Verarbeitungseinheit) 304,
einem RAM 306 und einer Anzeigesteuerung 308. Zusätzlich
enthält die arithmetische Schaltung 30 einen programmierbaren
Speicher 310, einen Zielortspeicher 312 und einen
Anzeigespeicher 314. Die Schnittstelle 302 empfängt das
die eingestellte Entfernung anzeigende Signal S₆ von der
Eingabeeinheit 40, das Phasensignal S R von dem Phasendetektor
60, das die Entfernung anzeigende Zählsignal S e von
dem Entfernungszähler 80. Die CPU verarbeitet das die eingestellte
Entfernung anzeigende Signal S₆ von der Eingabeeinheit
40, um die x- und y-Koordinaten des Zielortes in
dem Zielort-Speicher 312 zu speichern.
In dem Programmspeicher 310 ist ein Programm gespeichert,
das periodisch ausgeführt werden soll und ständig die Koordinaten
der Fahrzeuglage und die Entfernung zwischen der
Fahrzeuglage und dem Zielort sowie die zu führende Richtung
ermittelt. Das Programm wird zu einem gegebenen Zeitpunkt
ausgeführt, so daß die CPU 304 ein Anzeigesteuersignal
S₄ zum gleichen Zeitpunkt erzeugt. Das Anzeigesteuersignal
S₄ zeigt die bestimmte Entfernung und die bestimmte
Richtung zum Ziel an und wird über die Anzeigesteuerung
308 der Anzeige 50 zugeführt. Die CPU 304 legt ein die
Fahrzeuglage anzeigendes Signal S₃₁ an den Anzeigespeicher
314 an, um den Inhalt des Speichers auf den neuesten
Stand zu bringen.
Die allgemeinen Grundlagen der Fehlererfassung werden nachfolgend
unter Bezugnahme auf die Fig. 19 und 20 erklärt,
bei denen die Signalpegel durch die Größe der entsprechenden
Vektoren dargestellt werden.
In der Fig. 19 kann ein Vektor C, der den Signalpegel des
das Erdmagnetfeld anzeigenden ersten Signales S₁ bezeichnet, als
Summe eines Vektors A, der das durch das Fahrzeug selbst
erzeugte Magnetfeld anzeigt, und eines Vektors B aufgefaßt
werden, der die Fahrzeugrichtung anzeigt. Der Vektor A
kann daher als Störmagnetfeld aufgefaßt werden, das
den Signalpegel des das Erdmagnetfeld anzeigenden ersten Signales
S₁ von dem Richtungsfühler 10 beeinflußt, welches zur Ermittlung
der Fahrzeugrichtung verwendet wird. Wie man aus
Fig. 19 entnimmt, ist die Größe des Vektors C bei einer
bestimmten Bezugsphase R konstant, solange die Größe
des Störmagnetfeldes, das durch den Vektor A dargestellt
wird, bei einem im wesentlichen konstanten Wert
bleibt, wie er anfänglich ermittelt wurde.
Wie bereits beschrieben wurde, ist der durch das magnetische
Feld des Fahrzeuges selbst erzeugte Störmagnetfeld
veränderlich und steigt an, wenn sich das Fahrzeug
durch ein relativ starkes Magnetfeld, wie z. B. bei Hochspannungsleitungen
oder einer Eisenbahn bewegt. Wenn sich
das Störmagnetfeld erhöht, steigt die Größe des Vektors
C an, da sie die Summe der Vektoren A und B ist. Diese
Veränderung ist in Fig. 20 dargestellt. Wie man der
Fig. 20 entnehmen kann, steigt die Größe des Vektors C,
der den Signalpegel des das Erdmagnetfeld anzeigenden ersten Signales
S₁ darstellt, aufgrund des Ansteigens des
Störmagnetfeldes, das durch den Vektor A dargestellt wird,
entsprechend an.
Daher kann die Veränderung des Störmagnetfeldes durch
Vergleichen des Signalpegels des das Erdmagnetfeld anzeigenden
ersten Signales S₁ mit einem Signalpegel, der nur durch
das anfängliche Störmagnetfeld bewirkt wird, ermittelt
werden.
In dem Fehlerdetektor 70 von Fig. 15 speichert die Speicherschaltung
704 den Bezugswert, der den Signalpegel des
das Erdmagnetfeld anzeigenden ersten Signales S₁ mit dem lediglich
anfänglich ermittelten Störmagnetfeld darstellt.
Die Speicherschaltung 704 empfängt das Speicherauslesesignal S₇₁,
das die Phase anzeigt. Wenn das Speicherauslesesignal S₇₁ einen
Wert hat, der einer vorbestimmten Phase R ref entspricht,
wird der gespeicherte Bezugswert ausgelesen und dem Komparator
706 als Bezugswert S₇₂ zugeführt. Der Komparator
empfängt ebenso das das Erdmagnetfeld anzeigende erste Signal S₁,
das mit dem Bezugssignalpegel verglichen werden soll. Wenn
die Differenz zwischen dem Signalpegel des das Erdmagnetfeld
anzeigenden ersten Signals S₁ und dem Bezugswert S₇₂ einen
vorbestimmten Wert übersteigt, erzeugt der Komparator 706
über den Verstärker 708 das die Fehlerhaftigkeit des aufgrund des gemessenen Magnetfeldes
ermittelten Richtung anzeigende Signal S₇₃, um die
Alarmeinheit zu aktivieren.
In der Fig. 21 ist ein zweites Fahrtleitsystem
dargestellt, bei dem eine Korrekturschaltung 100
als Ersatz für den Fehlerdetektor in dem vorhergehenden
ersten Fahrtleitsystem vorgesehen ist. In dem zweiten
Fahrtleitsystem ist die Korrekturschaltung 100 dazu geeignet,
um den Einfluß des Störmagnetfeldes aufgrund
des Magnetfeldes des Fahrzeugs selbst zu beseitigen. Daher
ist das das Erdmagnetfeld anzeigende erste Signal S₁ von dem Richtungsfühler
10 durch die Korrekturschaltung 100 korrigiert.
Der Richtungsfühler 10 erzeugt das das Erdmagnetfeld anzeigende
erste Signal S₁ und das Bezugssignal S₂.
Das das Erdmagnetfeld
anzeigende erste Signal S₁ wird durch die Korrekturschaltung
100 korrigiert, um den Einfluß des Störmagnetfeldes zu
beseitigen. Das korrigierte, das Erdmagnetfeld anzeigende
Signal S₁, und das Bezugssignal S₂ werden dem Phasendetektor
60 zugeführt. Der Phasendetektor 60 erzeugt das Detektorsignal
S R mit einem Wert, der die Differenz zwischen
der Phase des das Erdmagnetfeld anzeigenden ersten Signales S₁
und des Bezugssignales S₂ darstellt und die Lage des
Fahrzeugs anzeigt.
Der Entfernungsfühler 20 erzeugt das Entfernungssignal
S₃ und führt dies dem Entfernungszähler 80 zu. Der Entfernungszähler
80 zählt die Entfernungssignalpulse S₃, um
das die Entfernung anzeigende Zählersignal S e zu erzeugen.
Das die Entfernung anzeigende Zählersignal S e und das
Detektorsignal S R werden der arithmetischen Schaltung 30
zugeführt.
Wie bereits ausgeführt wurde, ist die arithmetische Schaltung
30 einer Eingabeeinheit 40 und einer Anzeige 50 zugeordnet.
Auf der Basis der Zielortdaten von der Eingabeeinheit
40 und des Detektorsignales S R und des die Entfernung
anzeigenden Zählersignals S e bestimmt die arithmetische
Einheit 30 die momentane Fahrzeugposition bezüglich
des Zielortes, um dabei die verbleibende Entfernung und
die Richtung zum Zielort hin zu bestimmen. Die arithmetische
Schaltung 30 erzeugt ein Anzeigesteuersignal S₄, um
die Anzeige 50 aufgrund des Ergebnisses der arithmetischen
Operation auf den neuesten Stand zu bringen.
Fig. 22 zeigt Details der Korrekturschaltung 100 in dem
zweiten Fahrtleitsystem von
Fig. 21. Die Korrekturschaltung 100 enthält einen Sinus-
Signalgenerator 1002, einen Multiplizierer 1004, eine
arithmetische Schaltung 1006, eine Subtraktionsschaltung
1008, einen Pegeldetektor 1010 und einen Phasendetektor
1012. Der Sinus-Signalgenerator 1002 empfängt das
Bezugssignal S₂ von dem Richtungsfühler 10 und erzeugt ein
sinusförmiges Signal S₁₀₁ mit einer gegebenen Phasenverschiebung
R d bezüglich des Bezugssignals S₂. Der Sinus-
Signalgenerator 1002 ist ebenso einer arithmetischen Schaltung
1006 zugeordnet, um von dieser das die Phasendifferenz
angebende Signal S₁₀₂ zu empfangen. Der Sinus-Signalgenerator
1002 spricht auf das die Phasendifferenz angebende Signal
S₁₀₂ an.
Das sinusförmige Signal S₁₀₁ wird dem Multiplizierer 1004
zugeführt. Der Multiplizierer 1004 empfängt ebenso ein
arithmetisches Signal S₁₀₃ von der arithmetischen Schaltung
1006, wobei das arithmetische Signal S₁₀₃ den Bezugssignalpegel
darstellt, der in der in Fig. 23 dargestellten
Weise bestimmt wird. Das Verfahren der Bestimmung des Wertes
des Signales S₁₀₃ wird nachfolgend unter Bezugnahme auf
Fig. 23 beschrieben. Wie in der Fig. 23 zu sehen ist, erhält
man den Vektor C′ durch Addieren der Vektoren A′ und
B′. Der Vektor A′ stellt das Störmagnetfeld dar, das
durch das Fahrzeug-Magnetfeld erzeugt wird. Der Vektor B′
zeigt das Erdmagnetfeld an und daher ist dessen Größe konstant.
Der Vektor B′ dreht sich um den Mittelpunkt (x c ,
y c ), welcher durch die Richtung und Größe des Vektors A′
festgelegt ist. Daher kann ebenso die Größe und Richtung
des Störmagnetfeldes durch Bestimmen des Drehmittelpunktes
(x c , y c ) bestimmt werden. Ein Kreis mit dem Drehmittelpunkt
(x c , y c ) und einem Radius der Größe des Vektors
B′ kann durch folgende Gleichung ausgedrückt werden:
(x - x c ) ² + (y - y c ) ² = R ²
Betrachtet man zwei Punkte (x₁, y₁) und (x₂, y₂) auf dem
Kreis, so kann die obengenannte Gleichung folgendermaßen
neu geschrieben werden:
(x₁ - x c ) ² + (y₁ - y c ) ² = R ²
(x₂ - x c ) ² + (y₂ - y c ) ² = R ²
(x₂ - x c ) ² + (y₂ - y c ) ² = R ²
Der Drehmittelpunkt (x c , y c ) des Vektors B′ kann daher
durch gleichzeitiges Lösen der obigen Gleichungen bestimmt
werden.
In der Praxis und für eine Genauigkeit in der Bestimmung
des Drehmittelpunktes kann die obengenannte Berechnung
mehrere Male wiederholt werden, wobei der Mittelwert als
repräsentativ für den Drehmittelpunkt betrachtet werden
kann. Ausgehend von der Bestimmung des Drehmittelpunktes
(x c , y c ) kann die Größe des Vektors A′, also in anderen
Worten der Pegel S₀ des Störmagnetfeldes sowie die
Richtung der Störkomponente folgendermaßen bestimmt werden:
Daher wird in der arithmetischen Schaltung 1006 die obengenannte
Berechnung ausgeführt, und das arithmetische Signal
S₁₀₃ mit einem die Größe des Störmagnetfeldes anzeigenden
Wert wird erzeugt. Gleichzeitig erzeugt die
arithmetische Schaltung 1006 ebenso ein die Phasendifferenz
anzeigendes Signal S₁₀₂ mit einem Wert, der die
Richtung des Störmagnetfeldes
angibt.
Wiederum bezugnehmend auf Fig. 22 erzeugt die arithmetische
Schaltung 1006 das die Phasendifferenz anzeigende
Signal S₁₀₂, das in der genannten Art bestimmt wurde, und
führt dies dem Sinus-Signalgenerator 1002 zu und führt
das arithmetische Signal S₁₀₃ dem Multiplizierer 1004 zu.
Ausgehend von dem sinusförmigen Signal S₁₀₁ von dem Sinus-
Signalgenerator 1002 und dem arithmetischen Signal S₁₀₃
moduliert der Multiplizierer ein Korrektursignal S₁₀₄,
das die Störmagnetfeldkomponente darstellt. Das Korrektursignal
S₁₀₄ wird der Subtraktionsschaltung 1008 zugeführt,
die ihrerseits das das Erdmagnetfeld anzeigende erste Signal
S₁ vom Richtungsfühler 10 empfängt. In der Subtraktionsschaltung
1008 wird die Störmagnetfeldkomponente des das
Erdmagnetfeld anzeigenden ersten Signales S₁ beseitigt, um den Einfluß
des Störmagnetfeldes vom Detektorausgang zu beseitigen.
Daher wird mittels der Korrekturschaltung das das
Erdmagnetfeld anzeigende erste Signal S₁ korrigiert, um den Einfluß
des Störmagnetfeldes zu beseitigen.
Fig. 24 zeigt ein Ausführungsbeispiel der arithmetischen
Schaltung 1006, die die obengenannte Berechnung ausführt.
Fig. 25 zeigt das Verfahren zum Erzeugen des Korrektursignals
S₁₀₄.
Wie in Fig. 24 gezeigt ist, enthält die arithmetische Schaltung
1006 arithmetische Elemente 1102, 1104, 1106, 1108 und
1110. Die arithmetischen Elemente 1102 und 1104 sind jeweils
mit dem Pegeldetektor 1010 und mit dem Phasendetektor 1012
verbunden, um von diesen Schaltungen die Detektorsignale
S₁₀₅ und S₁₀₆ zu empfangen. Das arithmetische Element 1102
berechnet die x-Koordinaten an dem Ende des obengenannten
Vektors C′ auf dem Kreis und berechnet damit den Ausdruck
S · x · sinus R. In ähnlicher Weise bestimmt das arithmetische
Element 1104 die x-Koordinate des Vektors C′ auf dem Kreis
und berechnet daher den Ausdruck S · x ·cosinus R. Jedes der
arithmetischen Elemente 1102 und 1104 erzeugt ein eine Koordinate
anzeigendes Signal S₁₀₇ und S₁₀₈, das jeweils die
ermittelte x- und y-Koordinate an dem Ende des Vektors C′
darstellt.
Die die Koordinate anzeigenden Signale S₁₀₇ und S₁₀₈ werden
der arithmetischen Schaltung 1106 zugeführt. Die arithmetische
Schaltung 1106 berechnet die obengenannten gleichzeitigen
Gleichungen aufgrund der Signalwerte der die Koordinaten
anzeigenden Signale S₁₀₇ und S₁₀₈. Auf diese
Weise werden die x- und y-Koordinaten des Drehmittelpunktes
(x c , y c ) erhalten. Die arithmetische Schaltung 1106 erzeugt
dabei die Mittelpunktskoordinaten anzeigenden Signale S₁₀₉
und S₁₁₀, die jeweils die x- und y-Koordinate des Drehmittelpunktes
anzeigen. Die die Mittelpunktskoordinaten anzeigenden
Signale S₁₀₉ und S₁₁₀ werden jeweils an die
arithmetischen Elemente 1108 und 1110 angelegt. Das arithmetische
Element 1108 löst folgende Gleichung:
In ähnlicher Weise löst das arithmetische Element 1110
folgende Gleichung:
Aufgrund der Ergebnisse dieser Berechnungen erzeugt das
arithmetische Element 1108 das arithmetische Signal S₁₀₃
und das arithmetische Element 1110 das die Phase anzeigende
Signal S₁₀₂.
Wie in Fig. 25 dargestellt ist, wird die Multiplikationsfunktion
zum Modulieren des Korrektursignals S₁₀₄ durch
Modulation des sinusförmigen Signals, das mit einer Phasenverschiebung
R d gemäß dem die Phasendifferenz anzeigenden
Signal S₁₀₂ erzeugt wird, mit dem Signalpegel des arithmetischen
Signales S₁₀₃ ausgeführt. Dieses Korrektursignal
gibt die Phase und den Signalpegel des das Erdmagnetfeld
anzeigenden ersten Signales S₁, jedoch mit berichtigten
Werten von beiden Komponenten wieder. Es sei angemerkt,
daß die Korrekturschaltung 100 aus einem Mikrocomputer
zum Ausführen der obengenannten Gleichungen anstelle der
unter Bezugnahme auf Fig. 24 beschriebenen Analogschaltungen
bestehen kann.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel kann der Zeitpunkt
zum Ausführen der Korrektur des das Erdmagnetfeld anzeigenden
Signalwertes in verschiedensten Weisen bestimmt
werden. Bei einer Art der Bestimmung wird die Korrektur
ausgeführt, wenn die ermittelte Fahrzeugrichtung die gleiche
ist wie eine vorbestimmte Fahrzeugrichtung. In diesem
Fall wird das Detektorsignal S₁₀₆ von dem Phasendetektor
1012 mit vorgegebenen Schwellen verglichen, um die arithmetische
Schaltung 1006 zu aktivieren, so daß sie die Korrektur
ausführt, wenn der Detektorsignalwert eine der
Schwellen erreicht.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Korrekturschaltung
einen Fehlerdetektor der in Fig. 15 gezeigten
Art enthalten, um Zustände anzuzeigen, bei denen der Fehler
in der Ermittlung der Fahrzeugrichtung außerhalb eines
vorgegebenen erlaubten Bereiches liegt, um ein Alarmsignal
S₁₀₇ zu erzeugen, um eine Alarmschaltung 101 zu betätigen,
wie es in der Fig. 21 durch gestrichelte Linien
dargestellt ist. In diesem Fall kann die Korrekturschaltung
100 von Hand betätigt werden, wenn die Alarmeinheit
101 betätigt ist bzw. in Reaktion auf das Alarmsignal als
Korrekturbefehl zum Ausführen der Korrektur in Reaktion
auf das Alarmsignal.
In einer weiteren Abwandlung kann die Korrektur zu einem
vorbestimmten konstanten Zeitintervall oder nach jeweils
einer vorbestimmten Fahrtstrecke durchgeführt werden.
Fig. 26 zeigt ein drittes Fahrtleitsystem.
Bei diesem
ist eine Korrekturschaltung 120
mit dem Richtungsfühler 10 über ein Paar von Oberwellenerfassungsschaltungen
130 und 140 verbunden. Die Korrekturschaltung
120 ist ihrerseits mit einer arithmetischen
Schaltung 122 verbunden, die ein Richtungssignal S R an
die arithmetische Schaltung 30 als Ersatz für den Phasendetektor
60 in den oben beschriebenen ersten und zweiten
Ausführungsbeispielen anlegt.
Wie in Fig. 26 gezeigt ist, sind in dem Richtungsfühler 10
ein Paar von Magnetspulen 150
und 152 um einen magnetischen Kern 112 gewickelt. Die
Magnetspulen 150 und 152 sind in rechten Winkeln zueinander
angeordnet. Darüber hinaus ist die Magnetspule 154 um
die Berandung des magnetischen Kernes 112 gewickelt. Die
Magnetspule 154 ist mit einem Oszillator 156 verbunden,
der ein Pulssignal mit einer gegebenen konstanten Frequenz
oder einen Wechselstrom erzeugt. Als Ergebnis hiervon wird
die Magnetspule 154 erregt, um Spannungen über die magnetischen
Spulen 150 und 152 mit einer vorgegebenen Frequenz
zu induzieren, wobei die Frequenz der Oszillator-Frequenz
entspricht.
Das Ausgangssignal des Richtungsfühlers in Abwesenheit
eines externen magnetischen Feldes setzt sich aus ungeradzahligen
Oberwellenkomponenten des induzierten Signales
zusammen. Andererseits wird bei Vorliegen eines externen
magnetischen Feldes das Ausgangssignal des Richtungsfühlers
10 geradzahlige Oberwellenkomponenten des induzierten
Signales aufzeigen. Der Signalpegel des Richtungsfühler-
Ausgangssignals ist proportional zur Größe des externen
magnetischen Feldes.
Jede der Oberwellen-Erfassungsschaltungen 130 und 140 ist
mit einer der magnetischen Spulen 150 und 152 verbunden,
um die entsprechenden Ausgangssignale zu empfangen. Die
Oberwellen-Erfassungsschaltung 130 enthält einen Bandpaßfilter
132 und eine Erfassungs- und Glättungs-
Schaltung 134, die die geradzahligen Oberwellenkomponenten des
Richtungsfühler-Ausgangssignales S 1a der
Spule 150 erfaßt. In ähnlicher Weise enthält die Oberwellen-
Erfassungsschaltung 140 einen Bandpaßfilter 142 und
eine Erfassung- und Glättungsschaltung 144, die die geradzahligen
Oberwellenkomponenten in dem Richtungsfühler-
Ausgangssignal S b von der Spule 152 ermittelt.
Die Oberwellen-Erfassungsschaltungen 130 und 140 erzeugen
an ihrem Ausgang Gleichstromsignale S x und S y , deren Spannung
jeweils proportional zur Größe der geradzahligen Oberwellenkomponenten
des entsprechenden magnetischen Induktionssignales
ist.
Wie in Fig. 27 dargestellt ist, enthält die Korrekturschaltung
120 eine arithmetische Schaltung 1202 und ein Paar
von Subtraktionsschaltungen 1204 und 1206. Die arithmetische
Schaltung 1202 empfängt die Signale S x und S y von den
Oberwellen-Erfassungsschaltungen 130 und 140. Wie in Fig. 28
dargestellt ist, stellen die Werte (e x , e y ) der Signale S x
und S y jeweils die x- und y-Koordinaten des Endes des Vektors
C′′ dar, der durch Addition der Vektoren A′′ und B′′ erhalten
wird. Wie im vorhergehenden Abschnitt unter Bezugnahme
auf Fig. 19 und 23 ausgeführt wurde, stellt der Vektor
A′′ die Größe und Richtung des Einflusses des Fahrzeugmagnetismus
dar, und der Vektor B stellt die Größe und
Richtung des durch den Richtungsfühler 10 ermittelten Erdmagnetfeldes
dar. Wenn man annimmt, daß die Mittelpunktskoordinaten
der Drehung des Vektors B′′ e x0 und e y0 sind,
und wenn man annimmt, daß die Länge des Vektors B′′ e r ist,
kann der durch das Ende des Vektors B′′ beschriebene Kreis
durch folgende Gleichung beschrieben werden:
(e x - e x 0)² + (e y - e y 0)² = e r ²
Daher kann durch Lösen der Gleichungen
bezüglich zweier bestimmter Punkte auf dem Kreis gemäß
der vorhergehenden Gleichung die Koordinate e x 0 und e y 0
erhalten werden. Da die Punkte e x0 und e y 0 ebenso die Koordinaten
des Endes des Vektors A′′ darstellen, kann die
Größe und Richtung des Vektors A′′ aufgrund der bestimmten
Koordinaten e x 0 und e y 0 ermittelt werden. Das arithmetische
Element 1202 verarbeitet die Signale S x und S y gemäß
dem obigen Verfahren, um die Signale S′ x und S′ y , die jeweils
e x 0 und e y 0 darstellen, zu erzeugen. Die Signale S′ x
und S′ y , die durch die arithmetische Einheit 1202 erzeugt
werden, werden jeweils der negativen (-) Klemme der Subtraktionsschaltungen
1204 und 1206 zugeführt. Andererseits
empfangen die Subtraktionsschaltungen 1204 und 1206 an
ihren positiven (+) Klemmen die Signale S′ x und S′ y von
den Oberwellen-Erfassungsschaltungen 130 und 140. In den
Subtraktionsschaltungen 1204 und 1206 werden die beeinflußten
Komponenten der Richtungsfühlersignale korrigiert. Die
Subtraktionsschaltungen 1204 und 1206 erzeugen jeweils korrigierte
Richtungssignale S₁₂₁ und S₁₂₂ mit den Werten x c
und y c .
Wie obig ausgeführt wurde, verarbeitet die arithmetische
Schaltung 122 die korrigierten Richtungssignale S₁₂₁ und
S₁₂₂ gemäß folgender Gleichung:
Auf diese Weise wird die Fahrzeugrichtung ermittelt und
die arithmetische Schaltung erzeugt ein die Richtung anzeigendes
Signal S R , bei dem der Einfluß des Fahrzeugmagnetismus
korrigiert ist.
Fig. 29 zeigt ein viertes
Fahrtleitsystem.
Bei diesem Fahrtleitsystem wird das
Richtungsfehlersignal durch die Korrekturschaltung 160
korrigiert. Die Korrekturschaltung 160 besteht aus einem
Paar von Oberwellen-Erfassungsschaltungen 1602, 1604 und
aus einer arithmetischen Schaltung 1606. Bei diesem Ausführungsbeispiel
ist ein Richtungsfühler 170 vom Nicht-
Rotations-Typ verwendet, um den Erdmagnetismus zu erfassen.
Der Richtungsfühler 170 hat ein Paar von Magnetspulen
172 und 174, die jeweils um einen magnetischen Kern 176
gewickelt sind. Die Magnetspulen 172 und 174 sind in
rechten Winkeln zueinander angeordnet. Darüber hinaus ist
eine Spule 178 um den Umfang des magnetischen
Kernes 176 gewickelt. Die Spule 178 ist mit
einem Oszillator 180 verbunden, der ein Pulssignal mit
einer gegebenen Frequenz oder einem Wechselstrom erzeugt,
um in periodischer Weise die Spule mit Energie
zu versorgen. Als Ergebnis hiervon werden die Magnetspulen
172 und 174 erregt, um induzierte Signalspannungen
mit einer vorgegebenen Frequenz zu erzeugen, die der Frequenz
der differenzierten Oszillatorfrequenz entspricht.
Die induzierten Signale S₁₆₁ und S₁₆₂ in dem Richtungsfühler
170 werden jeweils an die Oberwellen-Erfassungsschaltungen
1602 und 1604 angelegt. Die Oberwellen-Erfassungsschaltungen
1602 und 1604 erzeugen jeweils einen Gleichstrom
mit einer Spannung, die proportional zur Größe der
geradzahligen harmonischen Komponenten der induzierten Signale
S₁₆₁ und S₁₆₂ ist. Die Oberwellen-Erfassungsschaltungen
erzeugen die Signale S₁₆₃ und S₁₆₄ jeweils in Gleichstromform,
wie vorhergehend erwähnt wurde, wobei die Signale
eine Spannung haben, die der Größe der geradzahligen Oberwellenkomponenten
der induzierten Signale S₁₆₁ und S₁₆₂
entspricht. Die Signalwerte der Signale S₁₆₃ und S₁₆₄ entsprechen
den x- und y-Koordinaten-Komponenten des Vektors,
der das Detektorsignal mit dem Störmagnetfeld darstellt,
wie vorhergehend unter Bezugnahme auf Fig. 27 dargelegt
wurde. Die arithmetische Schaltung 1606 erzeugt
daher die Signale S₁₆₅ und S₁₆₆, die die Störmagnetfeldkomponenten
des Signales in invertierter Form darstellen. Die
Signale S₁₆₅ und S₁₆₆ werden zu den Oberwellen-Erfassungsschaltungen
1602 und 1604 zurückgeführt. Als Ergebnis dieses
Rückkoppelungssignales werden die Eingangssignalwerte
der Signale S₁₆₁ und S₁₆₂ von dem Richtungsfühler 170 direkt
eingestellt, so daß der Einfluß des Störmagnetfeldes
beseitigt wird. Die arithmetische Schaltung 122 verarbeitet
die Signale S₁₆₅ und S₁₆₆, um ein die Richtung anzeigendes
Signal S R , das die Fahrzeugrichtung anzeigt, zu
erzeugen.
Claims (5)
1. Kompaß mit einem Magnetfeldsensor und einer an diesen
angeschlossenen Verarbeitungsschaltung zum Erzeugen
eines ersten Signales, dessen Phase und Amplitude die
Richtung und Größe des gemessenen Magnetfeldes angeben,
und mit einer Vergleichsschaltung zum Vergleichen des
ersten Signals mit einem Bezugswert, dadurch gekennzeichnet,
daß die Vergleichsschaltung (Fehlerdetektor 70) das
erste Signal (S₁) bei einer bestimmten Phase ( R ref )
bezüglich seiner Amplitude mit dem Bezugswert (S₇₂)
vergleicht.
2. Kompaß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Bezugssignalquelle (114, 116, 118) zum Erzeugen eines die momentane Meßrichtung anzeigenden, zweiten Signales (S₂) vorgesehen ist,
daß die Vergleichsschaltung (Fehlerdetektor 70) einen Phasendetektor (702) aufweist, dem das erste und zweite Signal (S₁, S₂) zugeführt werden, welcher bei Übereinstimmung der Phasen der ihm zugeführten Signale (S₁, S₂) ein Speicherauslesesignal (S₇₁) erzeugt,
daß die Vergleichsschaltung (Fehlerdetektor 70) eine an den Phasendetektor (702) angeschlossene Speicherschaltung (704) aufweist, die bei Erzeugung des Speicherauslesesignales (S₇₁) einen den Bezugswert (S₇₂) darstellenden gespeicherten Wert ausgibt, und
daß die Vergleichsschaltung (Fehlerdetektor 70) einen Komparator (706) aufweist, dem das erste Signal sowie der aus der Speicherschaltung (704) ausgelesene, gespeicherte Wert zugeführt werden, und der ein die Fehlerhaftigkeit der aufgrund des gemessenen Magnetfeldes ermittelten Richtung anzeigendes Signal (S₇₃) erzeugt, wenn die Amplitude des ersten Signales (S₁) den aus der Speicherschaltung (704) ausgelesenen Wert (Bezugswert S₇₂) übersteigt.
daß eine Bezugssignalquelle (114, 116, 118) zum Erzeugen eines die momentane Meßrichtung anzeigenden, zweiten Signales (S₂) vorgesehen ist,
daß die Vergleichsschaltung (Fehlerdetektor 70) einen Phasendetektor (702) aufweist, dem das erste und zweite Signal (S₁, S₂) zugeführt werden, welcher bei Übereinstimmung der Phasen der ihm zugeführten Signale (S₁, S₂) ein Speicherauslesesignal (S₇₁) erzeugt,
daß die Vergleichsschaltung (Fehlerdetektor 70) eine an den Phasendetektor (702) angeschlossene Speicherschaltung (704) aufweist, die bei Erzeugung des Speicherauslesesignales (S₇₁) einen den Bezugswert (S₇₂) darstellenden gespeicherten Wert ausgibt, und
daß die Vergleichsschaltung (Fehlerdetektor 70) einen Komparator (706) aufweist, dem das erste Signal sowie der aus der Speicherschaltung (704) ausgelesene, gespeicherte Wert zugeführt werden, und der ein die Fehlerhaftigkeit der aufgrund des gemessenen Magnetfeldes ermittelten Richtung anzeigendes Signal (S₇₃) erzeugt, wenn die Amplitude des ersten Signales (S₁) den aus der Speicherschaltung (704) ausgelesenen Wert (Bezugswert S₇₂) übersteigt.
3. Kompaß mit einem Magnetfeldsensor und einer an den
Magnetfeldsensor angeschlossenen Verarbeitungsschaltung
zum Erzeugen eines periodischen ersten Signales, dessen
Amplitude die Größe des momentan gemessenen
Magnetfeldes, das sich aus dem Erdmagnetfeld und aus
einem Störmagnetfeld zusammensetzt, angibt, dadurch gekennzeichnet,
daß die Verarbeitungsschaltung (Korrekturschaltung 100) aufgrund des ersten Signales (S₁), das einen vom Ursprung ausgehenden Vektor darstellt, dessen Spitze auf einem Kreis umläuft, dessen Mittelpunkt (x c , y c ) aufgrund des Störmagnetfeldes vom Ursprung beabstandet ist, den Mittelpunkt (x c , y c ) ermittelt, und
daß eine Subtraktionsschaltung (1008) vorgesehen ist, die aus dem ersten Signal und dem Mittelpunkt (x c , y c ) ein korrigiertes Signal (S₁′) berechnet.
daß die Verarbeitungsschaltung (Korrekturschaltung 100) aufgrund des ersten Signales (S₁), das einen vom Ursprung ausgehenden Vektor darstellt, dessen Spitze auf einem Kreis umläuft, dessen Mittelpunkt (x c , y c ) aufgrund des Störmagnetfeldes vom Ursprung beabstandet ist, den Mittelpunkt (x c , y c ) ermittelt, und
daß eine Subtraktionsschaltung (1008) vorgesehen ist, die aus dem ersten Signal und dem Mittelpunkt (x c , y c ) ein korrigiertes Signal (S₁′) berechnet.
4. Kompaß nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Bezugssignalquelle zum Erzeugen eines die Meßrichtung anzeigenden zweiten Signales (S₂) vorgesehen ist und
daß ein erster Phasendetektor (60) im Anschluß an die Verarbeitungsschaltung (Korrekturschaltung 100) vorgesehen ist, der aus der Phasendifferenz zwischen dem korrigierten Signal (S₁′) und dem zweiten Signal (S₂) ein Richtungssignal (S R ) berechnet.
daß eine Bezugssignalquelle zum Erzeugen eines die Meßrichtung anzeigenden zweiten Signales (S₂) vorgesehen ist und
daß ein erster Phasendetektor (60) im Anschluß an die Verarbeitungsschaltung (Korrekturschaltung 100) vorgesehen ist, der aus der Phasendifferenz zwischen dem korrigierten Signal (S₁′) und dem zweiten Signal (S₂) ein Richtungssignal (S R ) berechnet.
5. Kompaß nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Verarbeitungsschaltung (Korrekturschaltung 100)
zum Bestimmen des Mittelpunkts (x c , y c ) aus dem
korrigierten Signal (S₁′) und dem zweiten Signal (S₂)
einen zweiten Phasendetektor (1012) und einen
Pegeldetektor (1010) aufweist, an die ein
Sinusverknüpfungsglied (1102) und ein
Cosinusverknüpfungsglied (1104) angeschlossen sind,
welche x- und y-Koordinaten berechnen, die einer in der
Verarbeitungsschaltung (Korrekturschaltung 100)
enthaltenen arithmetischen Schaltung (1106, 1108, 1110)
zugeführt werden, die über die Verknüpfungen
ein Betragssignal
(S₁₀₃) und ein Phasensignal (S₁₀₂) berechnet, mit
denen aus dem zweiten Signal (S₂) ein Korrektursignal
(S₁₀₄) abgeleitet wird, das der Subtraktionsschaltung
(1008) zugeführt wird.
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