DE3405933A1

DE3405933A1 - Verfahren zur ermittlung des kurses eines bewegbaren objekts

Info

Publication number: DE3405933A1
Application number: DE19843405933
Authority: DE
Inventors: Joachim Dr.-Ing. 6922 Meckesheim Rogge
Original assignee: Teldix GmbH
Current assignee: Rockwell Collins Deutschland GmbH
Priority date: 1984-02-18
Filing date: 1984-02-18
Publication date: 1985-08-22
Also published as: DE3405933C2

Description

TELDIX GmbH

Postfach 10 56 08 Grenzhöfer Weg 36

D-6900 Heidelberg 1

Heidelberg, 20. Febr.. 1984 PT-Vo/kn E-567

Verfahren zur Ermittlung des Kurses eines bewegbaren Objekts

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung des Kurses eines bewegbaren Objekts, insbesondere eines Fahrzeugs, enthaltend eine Magnetsonde zur Sensierung der Richtung des Erdmagnetfeldes, wobei die Magnetsonde auf einem Ringkern eine Erregerspule, eine erste Sekundärspule und orthogonal zu dieser eine zweite Sekundärspule aufweist, wobei mit einer Auswerteschaltung die in den Sekundärwicklungen induzierten Signale, verarbeitet werden.

Aus der DE-OS 32 08 483 ist eine Kursermittlungsrichtung bekannt, die das oben genannte Verfahren anwendet. Zur Bestimmung des Erdfeldvektors ist es erforderlich, ein Störfeld , welches das Fahrzeug bzw. Objekt erzeugt zu eliminieren. Dieses Störfeld macht sich dadurch bemerkbar, daß der Nullpunkt des Erdfeldvektors verschoben ist. In einer Rechen- und Speichereinrichtung werden die Werte der Nullpunktsverschiebung erfaßt una entsprechend die ermittelten Werte des gestörten Erdfeldes korrigiert.

HEIOELBERQ

. Ein weiterer nicht zu vernachlässigender Fehler bzw. eine Verzerrung des Erdfeldvektors entsteht durch eine Polprägung die durch die weichmagnetischen Teile' eines Fahrzeugs verursacht wird. Diese Polprägung die sich in einer Flußkonzentration bzw. Abschwächung in bestimmten Bereichen bemerkbar macht, ist je nach Lage der Magnetsonde in Bezug auf das Fahrzeug unterschiedlich.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zu schaffen, mit dem Verzerrungen des Erdmagnetfeldes ermittelt und verarbeitet bzw. kompensiert werden können.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß eine Verzerrung des Erdmagnetfeldes im Bereich der Magnetsonde aufgrund einer Magnetflußablenkung und/oder -konzentration aus den Parametern der Ortskurve der Spitze des gemessenen Erdfelvektors ermittelt und der ungestörte Erdfeldvektor anhand dieser Werte berechnet wird.

Diese Verzerrung macht sich normalerweise in einer Deformierung der Ortskurve des Erdfeldvektors, die normalerweise ein Kreis ist, bemerkbar. Die verzerrte Ortskurve kann man dann näherungsweise als Ellipse bezeichnen.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und in dem Ausführungsbeispiel enthalten.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
30

E s ζ e i g t

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Kurserrni ttl ungsvorrichtung,

Fig. 2 eine Darstellung des gestörten Erdfeldvektors.

TELDIX

HEIDELBERG

-Die Kursermittlungsvorrichtung in Fig. 1 enthält eine Magnetsonde 1, die auf einem Ringkern 2 eine Primärspule 3 und zwei in einem Winkel von 90° zueinander angeordneten Sekundärspulen 4, 5 aufweist. Ein externes Magnetfeld, welches durch den Pfeil 6 angedeutet ist, erzeugt eine Amplitudenmodulation der zweiten Oberwelle des in den Sekundärspulen induzierten Signals. Die Signale der Sekundärspulen werden über eine Umschalteinrichtung 9 einem Filter 7 und einem nachgeschalteten Verstärker 8 zugeführt. Die verstärkten Signale gelangen zu einer Berechnungseinheit 10 die die Richtung cPK des ungestörten Erdfeldvektors bildet. Das somit erhaltene genaue Richtungssignal wird einer Richtungsanzeige 14 zugeführt zur Darstellung der Richtung des Fahrzeugs.

Die Bildung eines Erdfeldvektorsignals, das mit großer Genauigkeit dem tatsächlichen Erdfeldvektor entspricht, ist in Fig. 2 dargestellt. Es wird die Projektion des Erdfeldvektors HM in der Horizontal ebene gemessen. Von diesem Meßvektor werden'die Komponenten HMX und HMY mit den beiden orthogonal zueinander angeordneten Sekundärspulen 4, 5 der Magnetsonde 1 bestimmt. Der Fußpunkt des Meßvektors HM befindet sich im Koordinatennullpunkt. Die Ortskurve des Vektors ist eine Ellipse, die beliebig in der Ebene liegt. Es ist
■*■-*■·*■

HM = HH + HR (1)

wobei HH den Vektor des hartmagnetischen Störfeldes im Meßbereich der Sonde und

HR einen Restvektor darstellt.

HEIDELBERG

■-#- F-567

3 Λ O 5 9 3 3

Der Restvektor läßt sich beschreiben nach der Beziehung -»·- -> ■> -

HR = HE + HI 12)

->■

wobei HE der Vektor des ungestörten Erdfeldes im Meßbereich der Sonde und
·>

HI der Vektor des im Weicheisen durch das Erdfeld induzierten Störfeldes darstellt. 10

Dieser Vektor HI entsteht beispielsweise durch einen oder mehrere Magnetpole, die das Erdfeld verzerren. Durch diese Verzerrung entsteht näherungsweise eine elliptische Ortskurve 15 des Erdfeldvektors.
15

Die Spitze des Erdfeldvektors dreht sich bei Drehung des Fahrzeugs im ungestörten Zustand auf einer Kreisbahn 16. Ziel der Berechnung ist es, den Drehwinkel C^k des Erdfeldvektors zu bestimmen, der ein direktes Maß für die Fahrzeugdrehung ist.

Zu diesem Zweck müssen in irgendeiner Form die Parameter der Ellipse ermittelt werden. Anschaulich läßt sich die

Ellipse wie folgt beschreiben:
25

2 1 2

— · (c + χ «cosα - y-sina) - — · (d + χ · si na+ y»cosa) =1 ²

(3)

· (c + χ cosα - ysina) - — ·
a² b²

hierbei gilt:
30

x; y laufende Koordinaten (* HMX, HMY) a;b Ellipsenachsen

c; d Mittenversatz der Ellipse

α Drehwinkel der Ellipse

TELDIX

HEIDELBERG

- 8 - - " E-567

Die Länge'des ungestörten Erdfeldvektors ist aus der Fig. 2 abzulesen: HE = (a + b)/2. Die Länge des induzierten Störfeldvektors ist HI = (a - b)/2.

In der Fig. 2 ist das hartmagnetische Störfeld HH etwa

2-1/2-mal so groß wie das Erdfeld HE, und das induzierte

Magnetfeld HI bewirkt einen zusätzlichen Winkelfehler von maximal etwa 15°. -----

Die Meßwerte zur Berechnung werden nach dem folgenden Verfahren ermittelt.

Zur Bestimmung der 5 Ellipsenparameter müssen 5 Gleichungen aufgestellt und dazu 5 beliebige Wertepaare der Sondensignale bei verschiedenen Winkelstellungen gemessen werden.

Die Verteilung der Meßpunkte über den ganzen Umfang ist sinnvoll und setzt voraus, daß ein Fahrzeug mit der Kursermittlungsvorrichtung einen Rundkurs über 360° fährt. Die Bahnkurve ist hierbei beliebig, sollte aber aus praktischen Gründen einem Kreis angenähert sein.

Ein Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, daß beliebig viele Meßpunkte erzeugt werden können, die einen guten Ausgleich der Meßwertstreuungen erlauben.

Mit den gemessenen Werten werden die Ellipsenparameter berechnet.
30

Das Verfahren zur Bestimmung der Ellipsenparameter ist im folgenden dargestellt.

HEIDELBERG

"· - Sr - -E-567

1. Man geht von einer allgemeinen Gleichung der Ellipse aus, die die Form hat

ex² + 2fxy + gy² + 2hx + 2jy +1=0 <4) 5

2. Es werden 5 geeignete Meßwertpaare ausgewählt, die einigermaßen gleichmäßig über die Ellipse verteilt sind.

3. Die Wertepaare werden in die allgemeine Gleichung eingesetzt. Aus den dadurch gewonnenen 5 Gleichungen werden die 5 unbekannten Parameter e bis j berechnet. Die Parameter werden abgespeichert.

4. Die Schritte 2. und 3. werden mit den jeweils benachbarten 5 Meßwertpaaren wiederholt, bis auf diese Weise alle Werte verarbeitet worden sind.

5. Infolge Meßwertstreuung unterscheiden sich die entsprechenden berechneten Ellipsenparametern voneinander. Daher werden die Mittelwerte von e, f, g, h und j gebildet.

6. Nach bekannten Rechenmethoden werden aus den Mittelwerten die in Gleichung (3) genannten El 1ipsenkenngrößen a, b, c, d und α bestimmt.

Aus dem Mittenversatz c, d der Ellipse läßt sich der durch hartmagnetische Eigenschaften erzeugte Störvektor HH ermitteln und ebenfalls kompensieren.

Aus der Differenz der Vektoren HM und HH ergibt sich der Restvektor HR mit der Richtung

<f = arctan ^HMY~^d (5)

HMX-c

TSLDIX

HEIDELBERG

--*■-· - E-567

Aus den Beträgen HR, HI und HE läßt sich nach dem Kosi nus satz δ bestimmen. Es ist

S=arctan ^HR' ^{+ ΗΕ}' " ^HI* (6;

2HR · HE

Der gesuchte kompensierte Kurswinkel j< ist dann

Cf ic = If - 5 (7)

Weiterhin läßt sich durch die im folgenden beschriebene Methode der Verstärkungsfaktor der Meßanordnung überprüfen und sein eventuelles Wegdriften bei der Meßwertverarbeitung berücksichtigen. Da angenommen werden kann, daß die Anlage nicht schnell driftet, kann die Überprüfung selten durchgeführt werden.

Es wird zunächst durch Messung von HMX und HMY die Steigung HMY/HMX des Meßvektors HM berechnet. Eine Mullpunktsgerade mit dieser Steigung schneidet die Ellipse in der Regel zweimal. Dann berechnet man die Istlänge HMI =ThmX² + HMY². Mit Hilfe dieser Langenbestimmung läßt sich abschätzen ob der untere oder - wie gezeichnet der obere Schnittpunkt der richtige ist. Der Abstand zwischen Nullpunkt und Schnittpunkt ist die Sollänge HMS,

Die Differenz von HMI und HMS ist bedingt durch die Drift der Meßanordnung. Wenn mit dem Korrekturfaktor 3Ok= HMS/HMI die in der Folgezeit gemessenen Vektoren HM multipliziert werden, wird dadurch der Drifteinfluß ausgeglichen. Der Faktor k muß als Mittelwert über mehrere zeitlich benachbarte Kontrollen bestimmt werden.

TiLDSX

HEIDELB-CfQ

- Leerseite -

COPY

Claims

- # - -■·- ■ -Έ-567

3'.05933

Patentansprüche

/1.) Verfahren zur Ermittlung des Kurses eines bewegbaren Objekts, insbesondere eines Fahrzeugs, entna"!- tend eine Magnetsonde zur Sensierungder Richtung des Erdmagnetfeldes, wobei die Magnetsonde auf einem Ringkern eine Erregerspule, ein erstes Sekundärspul enpaar und orthogonal zu diesem ein zweites Sekundärspulenpaar aufweist, wobei mit einer Auswerteschaltung die in den Sekundärwicklungen induzierten Signale verarbeitet werden, dadurch gekenn zeichnet, daß eine Verzerrung des Erdmagnetfeldes im Bereich der Magnetsonde aus den Parametern der Ortskurve der Spitze des gemessenen Erdfeldvektors ermittelt und der ungestörte Erdfeldvektor anhand dieser Werte berechnet wird.

^; 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ortskurve des gemessenen Erdfeldvektors bei Berücksichtigung hartmagnetischer und/oder weichmagnetischer Störfelder eine beliebig in der Meßebene liegende Ellipse zugrunde gelegt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Parameter aus wenigstens 5 Meßwertepaare X,Y des gemessenen Erdfeldvektors ermittelt und daraus die Ellipsenkenngrößen bestimmt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwertepaare X,Y aus der Drehung der Magnetsonde um 360" gebildet werden.

COPf

TSLDiX

HEIDELBERG

2 3 Λ Ο 5 9 3

'5. Vefahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehbewegung in Weg- oder Winkelinkremente unterteilt ist und jedes Inkrement oder ein Vielfaches davon die Aufnahme eines Meßwertepaares auslöst.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5 dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung der Magnetsonde an einem Fahrzeug die Drehung der Sonde durch kontinuierliches oder abschnittweises Fahren eines Rundkurses bewerksteiiigtwird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die von einem Wegzähler gebildeten Weginkremente die Meßpunkte bestimmen.

,",' 8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, da-

' durch gekennzeichnet, daß zur Reduzierung der Meßwertstreuung eine Mittelwertsbildung vorgenommen wird.

9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichet, daß eine Drift der Kenngrößen oder Fehler durch wiederholte Bestimmung der Kennwerte ermittelt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kompensation der Drift durch Vergleich des Betrages des gemessenen Erdfeldvektors HMJ, dessen Länge durch den Abstand der Schnittpunkte mit der .

Ellipse zum Koordinatennullpunkt festgelegt ist,

mit der Länge des Vektors HMS der die Richtung des Erdfeldvektors besitzt vorgenommen wird.

TH.DIX

HEIDELBERG

- -"E-567

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verstärkungsfaktor k der Meßanordnung nach der Bezeichnung

k = HMS/HMJ
bestimmt wird.

TELDiX

MEIDELOEBO