DE3534480A1

DE3534480A1 - Verfahren zur bestimmung des einbauortes eines magnetfeldsensors in kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE3534480A1
Application number: DE19853534480
Authority: DE
Inventors: Harald Dipl Ing Bauer; Reinhard Helldoerfer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1985-09-27
Filing date: 1985-09-27
Publication date: 1987-04-02
Also published as: US4782453A; JPS6275310A

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Bestimmung des Einbauortes eines Magnetfeldsensors in Kraftfahrzeugen mit einem Navigationssystem nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Es ist bereits bekannt, bei der Messung des Erdfeldes für die Navigation in Fahrzeugen aller Art den Einfluß von Fremdfeldern, beispielsweise durch die Karosserie des Fahrzeugs oder durch Magnetfelder von eingeschalteten Verbrauchern sowie den Einfluß des Erdfeldes auf die Fahrzeugkarosserie in Form von induzierten, richtungsabhängigen Fremdfeldern am Einbauort eines Zweiachsen-Magnetfeldsensors auszumessen und durch entsprechende Korrekturwerte das Erdfeld bzw. dessen Richtung aus dem am Magnetfeldsensor gemessenen Gesamtfeld zu ermitteln (DE-PS 27 54 888). Da jedoch die Größe des Störfeldes im Bereich der für den Einbau des Magnetfeldsensors im Kraftfahrzeug vorgesehenen Räume, beispielsweise im Armaturenbrett, am Fahrzeugdach oder im Bereich der hinteren Ablage bereits innerhalb weniger Zentimeter Abstände stark unterschiedlich sein kann und da ferner an verschiedenen Fahrzeugen gleichen Typs durch unterschiedliche Walzrichtungen des Karosseriebleches und dgl. das Störfeld an gleichen Orten in starkem Maße verschieden sein kann, ist es möglich, daß durch zu große Störfelder am Einbauort des Magnetfeldsensors dieser in seinen Sättigungsbereich gelangt und dann Fehlanzeigen verursacht.

Mit der vorliegenden Lösung wird angestrebt, für den Magnetfeldsensor einen Einbauort im Kraftfahrzeug zu ermitteln, an dem das Störfeld so gering ist, daß Fehlmessungen vermieden werden.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung des Einbauortes für den Magnetfeldsensor mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß bereits vor einer festen Installation des Magnetfeldsensors das am Einbauort vorhandene Störfeld durch den Magnetfeldsensor selbst ermittelt werden kann, so daß besondere Feldmeßgeräte hierfür nicht benötigt werden. Da das Störfeld nach Möglichkeit geringer als das zu ermittelnde Erdfeld sein sollte, ist es als weiterer Vorteil anzusehen, daß von den möglichen Einbauorten der Ort ausgewählt wird, bei dem dieses Verhältnis möglichst günstig ist.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Merkmale möglich. Dabei ist es besonders vorteilhaft, die Ermittlung der Größe des Störfeldes an verschiedenen Einbauorten solange fortzusetzen, bis an mindestens einem Ort die ermittelte Feldstärke des Störfeldes gleich oder kleiner der halben Sättigungsfeldstärke des Magnetfeldsensors bezüglich der X- und Y-Achse des Vektordiagrammes ist. Bei der Verwendung eines elektronischen Kompasses mit einem Rechner ist es besonders zweckmäßig, durch Aufruf eines entsprechenden Rechnerprogrammes während der Drehung des Fahrzeuges um 360 Grad den größten und den kleinsten Betrag des Gesamtfeldvektors zu ermitteln, zwischenzuspeichern und anschließend daraus die Größe des Störfeldes zu errechnen und auf einem Display anzuzeigen. Dabei wird in besonders einfacher Weise zur Ermittlung der Größe des Störfeldes der größte und der kleinste Betrag des Gesamtfeldvektors auf der X-Achse bzw. auf der Y-Achse des Vektordiagrammes mit den dazu gehörenden Beträgen auf der Y-Achse bzw. X-Achse verwendet.

Befinden sich in der Nähe des Einbauortes für den Magnetfeldsensor größere elektrische Verbraucher wie Elektromotoren, elektromagnetische Relais oder elektrische Heizungen, z. B. eine im Bereich der hinteren Ablage des Fahrzeuges befindliche Heckscheibenheizung, so können die damit erzeugten Magnetfelder einen zusätzlichen störenden Einfluß auf den Magnetfeldsensor ausüben. Um auch solche Störungen weitgehend auszuschließen, ist es zweckmäßig, die in der Nähe des für den Magnetfeldsensor ermittelten Einbauorts befindlichen elektrischen Verbraucher einzuschalten, danach die Messung des Störfeldes zu wiederholen und bei einer unzulässigen Änderung der jetzt ermittelten Störfeldgröße einen geeigneteren Einbauort durch weitere Störfeldmessungen an anderen möglichen Einbauorten zu ermitteln.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 einen elektronischen Kompaß für Kraftfahrzeuge im Blockschaltbild mit einem Zweiachsen-Magnetfeldsensor, Fig. 2 zeigt ein Vektordiagramm für die vom Magnetfeldsensor ermittelten Meßwerte und Fig. 3 ein Flußdiagramm zur Messung des Störfeldes am Sensor.

Beschreibung des Ausführungsbeispieles

Das in Fig. 1 dargestellte Blockschaltbild eines Navigationssystems für ein Kraftfahrzeug umfaßt in aller Regel einen elektronischen Kompaß, der die Nordrichtung oder die Fahrtrichtung des Fahrzeugs in bezug zur Nordrichtung bzw. die Richtung zu einem Fahrziel in bezug auf die augenblickliche Fahrrichtung anzeigt. Das Navigationssystem besteht dabei im wesentlichen aus einem Mikrocomputer 10, der die Signale eines Magnetfeldsensors 11 und eines Weggebers 12 verarbeitet und der eine LC- Anzeige 13 aktiviert. Außerdem ist der Mikrocomputer 10 an eine Tastatur 14 angeschlossen, die mehrere Tastschalter 15 umfaßt, welche bei Betätigung entsprechende elektrische Befehle an dem Mikrocomputer 10 übermitteln, die dort unterschiedliche Programme aufrufen. Mit Hilfe dieser Tastschalter 15 kann über die LC-Anzeige 13 sowohl die Anzeige der Fahrtrichtung, der Nordrichtung, als auch die der Richtung zu einem Fahrziel aufgerufen werden. Außerdem können über die Tastschalter 15 einzelne Etappenziele eingegeben werden und über die LC-Anzeige 13 kann neben der Richtungsanzeige für das anzufahrende Etappenziel in einer Windrose 16 auch noch die Entfernung dorthin über 7-Segment-Anzeigen 17 dargestellt werden. Daneben umfaßt die LC-Anzeige 13 noch weitere Informationen über das jeweils aufgerufene Etappenziel sowie über Maßstäbe bei der Eingabe von Entfernungen eines Etappenzieles mittels einer Straßenkarte.

Der in Fig. 1 dargestellte Magnetfeldsensor 11 besteht hier aus einem Zwei-Achsen-Magnetometer, dessen zwei Wicklungen 11 a in bekannter Weise auf magnetisierbare Kerne 11 b angeordnet sind, die dicht übereinander liegen und 90 Grad gegeneinander verdreht sind. In Fig. 2 ist das Vektordiagramm für das magnetische Gleichfeld in diesen Kernen dargestellt. Daraus ist erkennbar, daß bei einer Feldstärke von ± 70 A/m die Kerne 11 b in Sättigung gehen und daher außerhalb dieser Feldstärken keine brauchbaren Meßwerte mehr ergeben. In Fig. 2 ist dieser Bereich, der durch die Werte ± Hx _max und ± Hy _max definiert ist, gestrichelt eingetragen. Die beiden Spulen 11 a sind an einer nicht dargestellten Stromversorgung sowie an eine innerhalb des Magnetfeldsensors 11 angeordnete, nicht dargestellte Signalformerstufe angeschlossen, so daß dem Mikrocomputer 10 vom Magnetfeldsensor 11 jeweils ein den X- und Y-Komponenten des am Sensor 11 vorhandenen Magnetfeldes entsprechendes Signal mit den Werten H _x und H _y zugeführt werden. Durch ein entsprechendes Programm des Mikrocomputers 10 kann daraus jeweils der Vektor bzw. der Betrag des Magnetfeldes ermittelt und angezeigt werden.

Um sicherzustellen, daß das am Magnetfeldsensor 11 gemessene Magnetfeld nicht die maximal zulässigen Grenzen überschreitet, muß der Magnetfeldsensor im Kraftfahrzeug an einem Ort angebracht werden, an dem das von der Karosserie des Fahrzeugs erzeugte und von sonstigen Fremdfeldern zusammengesetzte Störfeld, das dem eigentlichen Erdfeld überlagert ist, möglichst gering ist. Dabei ist es bekannt, daß die Richtung und Größe des Erdfeldes aus dem am Magnetfeldsensor 11 gemessenen Gesamtfeld Hg abgeleitet werden kann, da das Erdfeld im Vektordiagramm durch Drehung des Sensors eine Ortskurve O beschreibt, deren Mittelpunkt M um den Vektor des am Einbauort vorhandenen Störfeldes Hs aus dem Nullpunkt des Vektordiagramms verschoben ist.

Um beim Einbau des Navigationssystems einen günstigen Einbauort für den Magnetfeldsensor 11 zu finden, wird nun zunächst der Magnetfeldsensor 11 an die Stromversorgung und die übrigen in Fig. 1 dargestellten Teile des Navigationssystems angeschlossen und an einen möglichen Einbauort im Fahrzeug herangeführt. Nun wird durch Betätigen einer dafür vorgesehenen Drucktaste 15 ein Rechnerprogramm für den Mikrocomputer 10 aufgerufen, mit dem der Betrag des am Sensor 11 vorhandenen Magnetfeldes Hg angezeigt wird. Liegt dieser innerhalb der zulässigen Grenzen, so wird durch leichtes Verschieben des Sensors 11 die Position mit dem in diesem Bereich kleinsten Magnetfeld ermittelt und der Sensor 11 wird dort angeheftet. Nun wird ein geschlossener Kreis mit dem Fahrzeug gefahren, wobei der Magnetfeldsensor 11 laufend die H _x und H _y-Werte des Gesamtfeldes Hg an den Mikrocomputer 10 übermittelt und der von ihm errechnete Betrag am Display 16 angezeigt. Durch die Drehung um 360 Grad wird gemäß Fig. 2 die Ortskurve O durchlaufen und dabei durch ein entsprechendes Programm an den Meßpunkten P 1 und P 2 der größte und der kleinste Betrag H _x des Gesamtfeldes Hg auf der X-Achse erfaßt und zwischengespeichert. Desgleichen wird an den Meßpunkten P 3 und P 4 der größte und der kleinste Betrag H _y des Gesamtfeldes Hg vom Mikrocomputer 10 erfaßt und zwischengespeichert. Mit dem Rechnerprogramm lassen sich nun in bekannter Weise nach den Gleichungen:

Hs _x = 1/2 (H _x1 + H _x2)
Hs _y = 1/2 (H _y3 + H _y4)

aus den Beträgen H _x1 am Meßpunkt P 1, H _x2 am Meßpunkt P 2, H _y3 am Meßpunkt P 3 und H _y4 am Meßpunkt P 4 die Komponenten Hs _x und Hs _y des Störfeldes Hs berechnen. In einem weiteren Programmabschnitt wird nun im Mikrocomputer 10 nach der Gleichung

der Betrag des Störfeldes Hs in A/m ermittelt und auf der 7-Segment-Anzeige 17 ausgegeben. Durch erneutes Drücken der Drucktaste 15 kann das Ergebnis quittiert und das Display 13 wieder auf die Anzeige des Gesamtfeldes Hg umgeschaltet werden.

Danach wird der Magnetfeldsensor 11 an einem weiteren möglichen Einbauort im Fahrzeug angeheftet und durch einen entsprechenden Programmaufruf unter Drehung des Fahrzeuges um 360 Grad wird auch dort die Größe des vorhandenen Störfeldes Hs ermittelt und angezeigt. Auf diese Weise wird an verschiedenen möglichen Einbauorten im Fahrzeug jeweils die Größe des dort vorhandenen Störfeldes Hs ermittelt und schließlich wird der Magnetfeldsensor 11 an dem Ort fest installiert, an dem das kleinste Störfeld Hs ermittelt wurde.

Fig. 3 zeigt an einem Beispielsfall ein Flußdiagramm zur Realisierung der weiter vorne beschriebenen Verfahrensschritte für das Auffinden eines geeigneten Einbauortes für den Magnetfeldsensor 10.

Durch Betätigen des Tastschalters 15 wird das entsprechende Programm des Mikrocomputers 10 mit dem Schritt 20 aufgerufen. Im Schritt 21 werden zunächst die vom Magnetfeldsensor 11 gemessenen Werte Hx, y erfaßt und im Schritt 22 wird nach der Formel H = √ + Hy ² das Gesamtfeld Hg vom Sensor 11 ermittelt. Dieser Wert wird schließlich im Schritt 23 am Display angezeigt. Im Schritt 24 wird geprüft, ob mit der Kreisfahrt begonnen wurde. Dies ist dann der Fall, wenn vom Weggeber 12 Impulse i _s an den Mikrocomputer 10 gegeben werden. Solange dies in bestimmten Zeitabständen nicht der Fall ist, wird über die Schleife 25 auf dem Display 13 laufend der zyklisch ermittelte Betrag des Gesamtfeldes Hg am Sensor 11 angezeigt.

Wenn nun mit Beginn der Kreisfahrt am Weggeber 12 Wegimpulse i _s auftreten, so wird im Schritt 26 vom Mikrocomputer 10 geprüft, ob die gemessenen Werte Hx, y für diese Meßfahrt ein Maximum darstellen. Da dies mit Beginn einer Kreisfahrt ohnehin der Fall ist, werden diese Werte im Schritt 27 zwischengespeichert und im Schritt 28 wird nun geprüft, ob diese Werte Hx, y ein Minimum darstellen. Da dies mit Beginn der Kreisfahrt ebenfalls der Fall ist, werden sie im Schritt 29 in ein weiteres Register zwischengespeichert. Im Schritt 30 wird geprüft, ob innerhalb der vorgegebenen Zeitabstände noch Impulse i _s vom Weggeber 12 auftreten, d. h. es wird geprüft, ob die Kreisfahrt beendet ist. Solange dies nicht der Fall ist, werden über eine Schleife 31 erneut die Programmschritte 21 bis 29 durchlaufen. Bei ansteigenden Werten Hx, y während der Kreisfahrt werden diese im Schritt 27 jeweils in dem überschreibbaren Register zwischengespeichert und der Programmschritt 29 wird übersprungen. Bei abnehmenden Werten Hx, y wird dagegen der Programmschritt 27 übersprungen und die gemessenen Werte werden im Schritt 29 in dem überschreibbaren Register zwischengespeichert. Nach Beendigung der Kreisfahrt wird das Fahrzeug angehalten. Dies wird durch das Ausbleiben der Impulse i _s des Weggebers 12 im Programmschritt 30 erkannt und im nachfolgenden Schritt 32 wird nun aus den im Schritt 27 und 29 gespeicherten Maximal- und Minimalwerten des Gesamtfeldes Hg auf der durchlaufenen Ortskurve O der Betrag des Störfeldes Hs berechnet. Dieser wird schließlich im Schritt 33 auf der 7-Segment-Anzeige 17 des Display 13 angezeigt.

Da das Erdfeld eine Feldstärke von etwa 16 A/m hat und die Sättigungsfeldstärke des Magnetometers H _max bei 70 A/m liegt, ist die Ermittlung der Größe des Störfeldes Hs an verschiedenen Einbauorten möglichst solange fortzusetzen, bis an mindestens einem Ort die ermittelte Feldstärke des Störfeldes Hs gleich oder kleiner als die halbe Sättigungsfeldstärke des Magnetfeldsensors 11 (Hs 1/2 H _max 35 A/m) ist. Besonders vorteilhaft ist es, nach diesem Verfahren einen Einbauort für den Magnetfeldsensor 11 zu finden, an dem das Störfeld Hs gleich oder kleiner als die Feldstärke des Erdfeldes ist.

Befinden sich in der Nähe des ermittelten Einbauortes für den Magnetfeldsensor 11 elektrische Verbraucher, die beim Einschalten ihrerseits ein Magnetfeld erzeugen, so kann dadurch das zuvor gemessene Störfeld Hs erheblich beeinflußt werden. In diesem Fall ist es erforderlich, daß die Ermittlung des Störfeldes Hs bei eingeschaltetem Verbraucher nochmals wiederholt wird, um dadurch die Änderung des Störfeldes Hs zu ermitteln. Tritt dabei eine unzulässige Änderung auf, so muß durch weitere Meßvorgänge ein besser geeigneter Einbauort für den Magnetfeldsensor 11 ermittelt werden. Bleibt dagegen bei eingeschalteten Verbrauchern die Ortskurve O innerhalb der vorher bestimmten Grenzen, so kann der Magnetfeldsensor 11 an dem gefundenen Einbauort fest installiert werden. Bei der anschließenden Eichung des elektronischen Kompasses wird nun die Ortskurve O des Gesamtfeldes Hg durch eine Kreisfahrt des Fahrzeuges aufgenommen, abgespeichert und in bekannter Weise wird schließlich während der Navigationsfahrt über die Ortskurve jeweils die Fahrtrichtung bzw. die Nordrichtung oder Zielrichtung vom Mikrocomputer 10 ermittelt und angezeigt. Tritt beim Einschalten des Verbrauchers eine Magnetfeldänderung innerhalb der zulässigen Grenzen des Sensors 19 auf, so kann auch hierfür durch eine Kreisfahrt die Ortskurve ermittelt und abgespeichert werden. Dabei ist darauf zu achten, daß mit dem Einschalten des in der Nähe des Einbauortes befindlichen Verbrauchers auch ein Umschaltbefehl an das Navigationssystem auf die entsprechende Ortskurve O erzeugt wird. Tritt beim Einschalten des Verbrauchers nur eine Verschiebung der Ortskurve O ein, so kann dies durch Erfassung und Speicherung der Verschiebung bei der Navigation wieder korrigiert werden.

Bei einer vereinfachten Ausführung kann es bereits genügen, mit nur einer im Mikrocomputer 10 gespeicherten Ortskurve die Navigation durchzuführen. In diesem Fall muß jedoch für den Magnetfeldsensor 11 ein Einbauort ermittelt werden, an dem sich das Magnetfeld durch Zuschalten von Verbrauchern oder durch Betätigen eines Schiebedachs nicht verändert.

In der vereinfachten Ausführung genügt es auch, wenn bei der Ermittlung des Einbauortes für den Magnetfeldsensor 11 jeweils nur der augenblickliche Betrag des gemessenen Magnetfeldes angezeigt wird. Das Maximum und Minimum des Betrages muß man sich dann während der Kreisfahrt merken oder aufschreiben, um daraus dem Mittelwert zu bilden, der den Betrag des dort vorhandenen Störfeldes Hs = 1/2× (H _max + H _min-) entspricht.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Beispiel beschränkt, da die Bestimmung des günstigsten Einbauortes für den Magnetfeldsensor 11 auch ohne LC-Anzeige 13 und Mikrocomputer 10 durchgeführt werden kann. In diesem Fall sind geeignete Meßgeräte an die Magnetfeldsonde 11 anzuschließen, welche das jeweils gemessene Gesamtfeld Hg als Betrag bzw. mit den Komponenten Hx und Hy anzeigen. Ebenso ist es möglich, durch ein entsprechendes Rechenprogramm des Mikrocomputers aus den X- und Y-Meßwerten jeweils den Betrag des Gesamtfeldes Hg zu ermitteln und zwischenzuspeichern. Durch Drehung des Fahrzeugs um 360 Grad wird dabei im Punkt P 5 der größte Betrag und im Punkt P 6 der kleinste Betrag des Gesamtfeldes Hg ermittelt und anschließend aus der jeweiligen Addition der halben Beträge die Größe des Störfeldes Hs errechnet. Schließlich ist es auch möglich, mit den Meßpunkten P 1 und P 2 oder P 3 und P 4 jeweils durch die x- und y-Meßwerte die Größe des Störfeldes zu bestimmen, wobei jedoch die Meßgenauigkeit wegen kleinerer Meßwertdifferenzen (H _y1, H _y2, bzw. H _x3, H _x4) geringer sein kann.

Claims

1. Verfahren zur Bestimmung des Einbauortes eines Magnetfeldsensors in Kraftfahrzeugen mit einem Navigationssystem, bei dem die Richtung des Erdfeldes aus dem am Magnetfeldsensor gemessenen Gesamtfeld abgeleitet wird, welches im Vektordiagramm eine Ortskurve beschreibt, deren Mittelpunkt um den Vektor des am Einbauort des Magnetfeldsensors vorhandenen Störfeldes aus dem Nullpunkt des Vektordiagramms verschoben ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetfeldsensors (11) an verschiedenen möglichen Einbauorten im Fahrzeug zunächst angeheftet, dann jeweils das Fahrzeug um 360 Grad gedreht und dabei der größte und der kleinste Betrag des Gesamtfeldvektors (HG _{x, y}) mit einer angeschlossenen Auswerteschaltung (10, 13) gemessen sowie aus der jeweiligen Addition der halben Beträge die Größe des Störfeldes (Hs _{x, y}) ermittelt wird und daß der Magnetfeldsensor (11) schließlich an dem Ort mit dem kleinsten ermittelten Störfeld (Hs) fest installiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung der Größe des Störfeldes (Hs) an verschiedenen Einbauorten solange fortgesetzt wird, bis an mindestens einem Ort die ermittelte Feldstärke des Störfeldes (Hs) gleich oder kleiner als die halbe Sättigungsfeldstärke (±Hx, y _max) des Magnetfeldsensors (11) ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines elektronischen Kompasses mit einem Rechner (10) als Auswerteschaltung durch Aufruf eines entsprechenden Rechnerprogramms der Betrag (Hy, x) des Gesamtfeldvektors (Hg) ermittelt und auf einem Display (13) angezeigt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß während der Drehung des Fahrzeuges um 360° durch Aufruf eines entsprechenden Rechenprogramms der größte und der kleinste Betrag (Hy, x) des Gesamtfeldvektors (Hg) ermittelt sowie zwischengespeichert und anschließend daraus die Größe des Störfeldes (Hs) errechnet und auf dem Display (13) angezeigt wird.

5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung der Größe des Störfeldes (Hs) der größte und der kleinste Betrag (Hx, y) des Gesamtfeldvektors (Hg) auf der X-Achse und/oder auf der Y-Achse des Vektordiagramms verwendet wird.

6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Nähe des für den Magnetfeldsensor (11) ermittelten Einbauortes befindliche elektrische Verbraucher (18) eingeschaltet, danach die Messung des Störfeldes (Hs) wiederholt und bei einer unzulässigen Änderung der jetzt ermittelten Störfeldgröße ein besser geeigneter Einbauort durch weitere Messungen ermittelt wird.