DE3734064C2 - - Google Patents
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- G—PHYSICS
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Description
Die Erfindung betrifft einen
Magnetkompaß für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs des
Patentanspruchs 1.
Ein Magnetkompaß dieser Art ist aus der Druckschrift
DE 35 09 548 A1 bekannt.
Andere Bauarten von Magnetkompassen sind aus den
Druckschriften DE 31 23 180 A1, DE 32 08 481 A1 und
GB 21 30 729 A bekannt.
Ferner ist aus der Druckschrift DE 33 05 054 A1 ein
Fahrleitsystem mit einem Magnetkompaß einer anderen
Gattung bekannt, bei dem eine Korrektur von mit einem
Magnetfeldsensor erfaßten Signalen nach einem bestimmten
Zeitintervall oder nach einer bestimmten Fahrstrecke
erfolgt.
Ein nach dem Stand der Technik ausgebildeter Magnetkompaß
für ein Fahrzeug wird im folgenden anhand von Fig. 1 und 2
der Zeichnungen beschrieben.
Wie Fig. 1 zeigt, wird eine horizontale Komponente H
(nachfolgend als "Erdmagnetismus H" bezeichnet) des
magnetischen Feldes der Erde von einem
Erdmagnetismus-Sensor 2 ermittelt, mit dem ein Fahrzeug
1 ausgerüstet ist.
Es sei angenommen, daß die Bewegungsrichtung A des
Fahrzeuges 1 einen Winkel R (THETA) zur Richtung des
Erdmagnetismus H, beispielsweise zur Richtung Nord,
bildet. Das heißt, der Erdmagnetismus-Sensor 2 erfaßt
vom Erdmagnetismus H eine Komponente Hy (=H cos R) in der
Bewegungsrichtung des Fahrzeuges und eine Komponente Hx (=
H sin R) senkrecht zur Bewegungsrichtung A des Fahrzeuges.
Diese Komponenten werden durch den Erdmagnetismus-Sensor
2 jeweils in elektrische Signale umgewandelt und dann
verstärkt, um ein Paar von Erfassungssignalen x und y zu
liefern entsprechend den folgenden Gleichungen
x = KHx = K H sin R, (1a)
y = KHy = K H cos R, (1b)
worin K eine Konstante für die Umwandlung der magnetischen
Feldstärke in eine elektrische Spannung darstellt. Die Erfassungs
signale x und y können Gleichspannungssignale sein. Somit
ist die Stärke der Erfassungssignale x und y zu den Feldstärken der
Komponenten Hx und Hy jeweils proportional. Sie können als
Referenzwerte benutzt werden. Aus den Gleichungen (1a) und
(1b) ist ersichtlich, daß die detektierten Erfassungssignale x und y
auf Null eingestellt sind, wenn die Feldkomponenten Hx und
Hy Null sind.
Fig. 2 zeigt ein rechtwinkliges X-Y-Koordinatensystem, in
welchem Punkte, die durch die Werte der elektrischen Erfassungs
signale x und y bestimmt sind, eingezeichnet sind. Ein
geometrischer Ort für diese Punkte bildet einen Kreis O₁
und der Winkel R, also die Richtung R des Fahrzeuges 1,
ist gegeben durch die Gleichung
R = tan-1(x/y). (2)
Obgleich die Richtung des Erdmagnetismus H mit der
geografischen Richtung Nord nicht völlig übereinstimmt, da
eine geringe Abweichung zwischen dem geografischen und dem
magnetischen Nordpol besteht und somit ein Fehler
entsteht, der vom jeweiligen Gebiet abhängt, in dem sich
das Fahrzeug befindet, wird zur Vereinfachung der
nachfolgenden Betrachtungen angenommen, daß es keine
Abweichung gibt.
Es ist bekannt, daß aufgrund der Magnetisierung von
magnetischem Material der verschiedenen Teile, aus denen
das Fahrzeug zusammengesetzt ist, die Richtung R, die
nach der Gleichung (2) berechnet wird, nicht immer
zutreffend ist.
Zur ausführlicheren Darlegung dieses Sachverhaltes wird
gemäß Fig. 3 und 4 des Fahrzeugs 1 einem magnetischem Feld
Hv ausgesetzt, das in Fig. 3 gezeigt ist und von solchen
magnetisierten Teilen des Fahrzeuges stammt. Unter
Berücksichtigung des magnetischen Feldes Hv wird das
magnetische Feld, das vom Erdmagnetismus-Sensor 2
detektiert werden kann, zu einem magnetischen Feld He, das
sich zusammensetzt aus dem Erdmagnetismus H und d em
magnetischen Feld Hv. Koordinatenpunkte (x, y), (xv, yv)
und (xe, ye) der Signale des Erdmagnetismus-Sensors 2
entsprechen den Koordinaten (Hx, Hy), (Hvx, Hvy) und
(Hex, Hey) sind in Fig. 4 dargestellt. Somit sind die
Signale xe und ye des Erdmagnetismus-Sensors 2 darzustellen durch die
Gleichungen
xe = x + xv = K1 H sin R = xv, (3a)
ye = y + yv = K2 H cos R = v, (3)
wobei der Winkel Re, der aus den Signalen xe und ye
abzuleiten ist, entsprechend der Gleichung (2) bestimmt
wird durch die Gleichung
Re = tan-1(xe/ye). (4)
Somit läßt sich die zutreffende Richtung R hieraus nicht
bestimmen.
Da jedoch das Feld Hv, das durch das Fahrzeug 1 erzeugt
wird, ein permanentes Magnetfeld darstellt, dessen Stärke
und Richtung in bezug auf die Bewegungsrichtung A des
Fahrzeuges konstant sind, bleiben die in Fig. 4
dargestellten Koordinaten (xv, yv) des dem magnetischen
Feld Hv entsprechenden Signals selbst dann unverändert,
wenn die Richtung A sich ändert. Deshalb wird der
geometrische Ort der Koordinaten (xe, ye) des
Erfassungssignals beim einmaligen Umlauf des Fahrzeuges
auf einer Kreisspur zu einer Ellipse O₃ mit einem
Mittelpunkt (xv, yv) und einer Exzentrizität K2/K1, wie
dies aus den Gleichungen (3a) und (3b) hervorgeht. Daher
kann durch Ermittlung der Mittelpunkt-Koordinaten (xv, yv)
und der Exzentrizität K1/K2 der Ellipse O₃ aus den
Erfassungssignalen xe und ye die wahre Richtung R durch
die folgende Gleichung bestimmt werden:
R = tan-1[(xe - xv)/(ye - yv) · K2/K1]. (5)
Die japanische Patentanmeldung mit der Offenlegungs-Nr.
24 811/1983 offenbart ein typisches Beispiel für einen
Richtungssucher, der nach diesem Prinzip arbeitet. Gemäß
dieser offengelegten Anmeldung werden aus den
Erfassungssignalen x und y, die der Erdmagnetismus-Sensor
2 liefert, wenn das Fahrzeug einen Umlauf beschrieben hat,
Maximumwerte xmax und ymax sowie Minimumwerte xmin und
ymin auf den entsprechenden Achsen des rechtwinkligen x-y-
Koordinatensystems gespeichert und die
Mittelpunktkoordinaten (xo, yo) sowie x- und y-Radien Kx
und Ky der Ellipse O₃ werden nach den folgenden
Gleichungen erhalten:
xo = (xmax + xmin)/2, (6a)
yo = (ymax + ymin)/2, (6b)
Kx = (xmax - xmin)/2, (6c)
Ky = (ymax - ymin)/2. (6d)
Daher ist es möglich, durch Ausführen der obigen
Operationen zu einer geeigneten Zeit und dadurch, daß man
K2/K1 dem Wert Ky/Kz sowie xv und yv den Werten xo bzw. yo
entsprechend anpaßt, die wahre Bewegungsrichtung R
entsprechend der Gleichung (5) zu bestimmen.
Beim herkömmlichen Richtungssucher wird der geometrische
Ort der Ellipse durch Verwendung der Maximum- und
Minimumwerte der entsprechenden Erfassungssignale, die bei
der ersten Umlaufbewegung des Fahrzeuges als erste
Korrekturwerte gewonnen wurden, bestimmt und die
Bewegungsrichtung des Fahrzeuges wird anschließend von den
Richtungssignalen auf der Basis des geometrischen Ortes
der Ellipse wie oben beschrieben festgestellt. Daher kann
die tatsächliche Bewegungsrichtung ermittelt werden, falls
die Bewertungsbedingungen für den geometrischen Ort der
Ellipse, der durch die erste Korrektur erhalten wurde,
sich danach nicht ändern. Da sich das magnetische Feld Hv
des Fahrzeuges aufgrund von Erschütterungen innerhalb des
Fahrzeuges und/oder aufgrund einer Veränderung der Stärke
des äußeren magnetischen Feldes ändern kann, was zu
Fehlern in den ersten Bewertungsbedingungen für den
geometrischen Ort der Ellipse führt, ist es jedoch
normalerweise schwierig, die tatsächliche
Bewegungsrichtung zu ermitteln. Dies kann dadurch
überwunden werden, daß das Fahrzeug nach einer Änderung
der Bewertungsbedingungen einen erneuten Umlauf
durchführt. Jedoch ist es für den Fahrzeuglenker lästig
und zeitraubend, eine solche Operation nach einer jeden
derartigen Änderung durchzuführen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen für ein
Fahrzeug bestimmten Magnetkompaß der eingangs genannten
Art zu schaffen, bei dem die Wirkung der
Berichtigungseinrichtung zur Berichtigung der elliptischen
Ortskurve verbessert ist.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit den Merkmalen des
kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.
Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen.
Beim erfindungsgemäßen Magnetkompaß wird also eine
Einrichtung zur Berichtigung eines geometrischen Ortes
vorgesehen, die derart wirkt, daß, wenn berichtigte
Erfassungssignalpaare, die durch Berichtigung von
Erfassungssignalpaaren nach einer ersten Korrektur auf der
Basis von Koordinatenwerten eines Mittelpunktes eines
ellipsenförmigen geometrischen Ortes und dessen Radien in
x- und y-Richtung ermittelt werden, nicht auf einem Kreis
liegen in einem orthogonalen Koordinatensystem
entsprechend dem ellipsenförmigen geometrischen Ort,
Abstände vom Kreis zu den Koordinaten des berichtigten
Signalpaares als Vektorkomponentenpaar in senkrechte
Koordinaten-Komponenten aufgeteilt werden und die
Mittelpunkt-Koordinaten des ellipsenförmigen geometrischen
Ortes und dessen Radien berichtigt und aktualisiert werden
auf der Basis der Vektorkomponentenpaare und der Radien,
wobei die Magnetisierungs-Erfassungssignale unter
Benutzung der berichtigten Werte korrigiert werden.
Das heißt, wenn die Stärke des mit dem Fahrzeug
verbundenen magnetisierenden Feldes sich ändert, verändern
sich ebenfalls die Werte der Mittelpunkt-Koordinaten des
ellipsenförmigen geometrischen Ortes und seiner Radien,
die in einer vorangegangenen Richtungssuche benutzt worden
sind, und die berichtigten Erfassungssignalpaare liegen
nicht mehr auf dem Kreis. Erfindungsgemäß werden in den
Berichtigungsmitteln für den geometrischen Ort die
vorherigen Mittelpunkt-Koordinaten und die vorherigen
Radienwerte für den ellipsenförmigen geometrischen Ort
mittels der Vektorkomponentenpaare und der vorher
ermittelten Radien berichtigt, um Mittelpunkt-Koordinaten
und Radien des ellipsenförmigen geometrischen Ortes zu
liefern als aktuelle Ortseingabe, die der laufenden
Veränderung des magnetischen Feldes Rechnung trägt, womit
auf der Basis der berichtigten Werte der
Berichtigungseinrichtung für den geometrischen Ort die
Erfassungssignale des magnetischen Feldes berichtigt
werden, um ein Paar von berichtigten Erfassungssignalen zu
erhalten, mit Hilfe derer die wahre Bewegungsrichtung des
Fahrzeuges genauestens durch ein Paar von berichtigten
Erfassungssignalen ermittelt wird, die lediglich auf
Komponenten des Erdmagnetismus beruhen.
Im folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung anhand
von Fig. 5 bis 9b der beigefügten Zeichnung näher
erläutert.
In den Zeichnungen zeigt
Fig. 1 und 2 das Prinzip eines Magnetkompasses unter der
Annahme, daß nur Erdmagnetismus vorhanden ist,
nach dem Stand der Technik,
Fig. 3 und 4 das Prinzip eines Magnetkompasses unter der
Annahme, daß ein zusätzliches magnetisches Feld
vorhanden ist, nach dem Stand der Technik,
Fig. 5 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform des
Magnetkompasses nach der Erfindung,
Fig. 6a und 6b die Wirkungsweise der Korrektureinrichtung
des Magnetkompasses nach Fig. 5 zur Korrektur des
geometrischen Ortes,
Fig. 7 ein Blockschaltbild mit einer
Mikrocomputer-Funktion zur Umsetzung
entsprechender Komponenten aus Fig. 5,
Fig. 8a und 8b Flußdiagramame zur Darstellung der
Wirkungsweise des Mikrocomputers aus Fig. 7,
Fig. 9a die örtliche Beziehung eines ellipsenförmigen
geometrischen Ortes zu Erfassungssignalen im x-y-
Koordinatensystem und
Fig. 9b die örtliche Beziehung eines kreisförmigen
geometrischen Ortes zu korrigierten
Erfassungssignalen nach Transformierung von
Fig. 9a in ein senkrechtes x-y-Koordinatensystem.
Bei der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung der
bevorzugten Ausführungsform bezeichnet in Fig. 5 das
Bezugszeichen 2 einen Erdmagnetismus-Sensor, der identisch
ist mit dem Erdmagnetismus-Sensor 2 von Fig. 2. Eine erste
Korrektureinrichtung 3 ist der herkömmlichen ähnlich, die
in der bereits erwähnten japanischen Offenlegungsschrift
Nr. 24 811/1983 gezeigt ist, und wird durch Betätigung
eines Schalters 5 in Betrieb gesetzt, um die durch die
Bewegung eines Fahrzeuges 1 erhaltenen Erfassungssignale x
und y zu speichern und um einen ellipsenförmigen
geometrischen Ort abzuschätzen bzw. zu ermitteln, der aus
Mittelpunktkoordinaten (xo, yo) der Ellipse und deren
Radien Kx und Ky in X- bzw. Y-Richtung unter
Zugrundelegung der vorerwähnten Gleichungen (6a) und (6b)
erhalten wird. Eine Magnetisierungs-Korrektureinrichtung 4
dient zur Korrektur der von dem
Erdmagnetismus-Sensor 2 Signale x und y auf der
Grundlage des ellipsenförmigen geometrischen Ortes
entsprechend den folgenden Gleichungen:
X = (x - xo)/Kx, (7a)
Y = (y - yo)/Ky) (7b)
und zur Erzeugung eines Paares von korrigierten
Erfassungssignalen X und Y. Das Bezugszeichen 6 (Berichtigungseinrichtung 6) bezeichnet
eine Einrichtung zur Korrektur eines geometrischen Ortes
in Abhängigkeit von den korrigierten Erfassungssignalen X
und Y aus der Magnetisierungs-Korrektureinrichtung 4, um
den geometrischen Ort in geeigneter Weise zu korrigieren.
Nachfolgend wird die Arbeitsweise der
Magnetisierungs-Korrektureinrichtung 4 näher beschrieben.
In dem in Fig. 6a dargestellten Fall ist die x-Koordinate
des Erfassungssignals weder mit der xmax- noch mit der
xmin-Komponente koinzident, während dessen y-Koordinate
mit der y-Koordinate des Mittelpunktes des
ellipsenförmigen geometrischen Ortes übereinstimmt, wobei
aber in der maximalen x-Komponente xmax ein Fehler
enthalten sein kann, da in diesem Fall die x-Koordinate
des Erfassungssignals näher an der maximalen x-Komponente
xmax liegt als an der minimalen x-Komponente xmin.
Darüber hinaus kann sich möglicherweise ein Fehler im
Erfassungssignal selbst befinden. Unter Berücksichtigung
dieser Fehler kann es gelingen, den Fehler der maximalen
x-Komponente xmax durch wiederholte Berichtigung der
maximalen x-Komponente xmax entsprechend der folgenden
Gleichung
xmax ← xmax = Z(x - xmax) (8)
zu verringern, vorausgesetzt, daß ein vorbestimmter
Gewichtskoeffizient Z (0<Z<1) passend
gewählt wird. Jedoch kommt es praktisch kaum vor, daß eine
der Koordinaten x und y des Erfassungssignals mit dem
Mittelpunkt des ellipsenförmigen geometrischen Ortes
übereinstimmt. Daher ist es praktisch sinnvoll, einen der
Kreuzungspunkte (xl, yl) des ellipsenförmigen
geometrischen Ortes mit einer Geraden durch die
Mittelpunkt-Koordinaten (xo, yo) des geometrischen Ortes
als einen Referenzpunkt zu benutzen, und zwar den
Kreuzungspunkt, der näher an den Koordinaten (x, y) des
Erfassungssignals liegt. Die maximale x-Komponente xmax
oder die minimale x-Komponente xmin und die maximale
y-Komponente ymax oder die minimale y-Komponente ymin
werden auf der Basis der jeweiligen
Koordinaten-Komponenten von Vektoren berichtigt, die den
Referenzpunkt (xl, yl) und die Koordinaten (x, y) des
Erfassungssignals miteinander verbinden. In dem in Fig. 6b
dargestellten Fall ist z. B. die x-Koordinate des
Erfassungssignals näher an der maximalen x-Komponente
xmax als an der minimalen x-Komponente xmin und dessen
y-Koordinate näher an der maximalen y-Komponente ymax als
an der minimalen y-Komponente ymin. Deshalb werden die
Maximalwerte xmax und ymax gemäß den folgenden
Gleichungen
xmax = xmax + Z(x - x1), (9a)
ymax = xmax + Z(y - yl), (9b)
berichtigt und zusammen hiermit werden die oben erwähnten
Gleichungen (6a) und (6b) ausgeführt, um dadurch den
ellipsenförmigen geometrischen Ort zu berichtigen.
In Fig. 5 bezeichnet das Bezugszeichen 7 eine Winkelbestimmungseinrichtung
in Abhängigkeit von den korrigierten
Erfassungssignalen X und Y aus der
Magnetisierungs-Korrektureinrichtung 4, um die
Bewegungsrichtung Rh gemäß der folgenden Gleichung
Rh = tang-1(X/Y) (9c)
zu bestimmen und um ein dementsprechendes Signal
abzugeben. Das Bezugszeichen 8 bezeichnet Anzeigemittel
zur Anzeige des letzteren Signals aus der
Winkelbestimmungseinrichtung 7.
In Fig. 7, wo die Bauweise der Vorrichtung nach Fig. 5 ausführlicher
dargestellt ist, entspricht die Steuerschaltung 9 einer
Kombination der ersten Korrektureinrichtung 3, der
Magnetisierungs-Korrektureinrichtung 4, der Berichtigungseinrichtung 6
zur Korrektur des ellipsenförmigen geometrischen Ortes und
der Winkelbestimmungseinrichtung 7. Die Steuerschaltung 9
enthält einen Analog/Digital-Wandler (A/D-Wandler) 10 zur
Umwandlung der analogen Erfassungssignale x und y aus dem
Erdmagnetismus-Sensor 2 in digitale Werte,
einen Mikrocomputer 11, der auf Ausgangssignale des
A/D-Wandlers 10 anspricht wie auch auf ein Signal vom
Schalter, um Operationen entsprechend den jeweiligen
Einrichtungen auszuführen, sowie eine
Anzeige-Treiberschaltung 12, die auf ein Ausgangssignal
des Mikrocomputers 11 anspricht, um die Anzeigemittel 8
entsprechend zu treiben. In bekannter Weise umfaßt der
Mikrocomputer 11 eine Eingangsschaltung 11a, einen
Speicher 11b, eine Zentraleinheit (CPU) 11c und eine
Ausgangsschaltung 11d.
Die Anzeigemittel 8 enthalten eine
Flüssigkristall-Anzeigetafel, die in die Anzeigebereiche
8a bis 8h unterteilt ist, um die Bewegungsrichtung Rh
durch Aktivierung eines der Anzeigebereiche 8a bis 8h
entsprechend dem Signal aus der Anzeige-Treiberschaltung
12 sichtbar zu machen. Es sollte darauf hingewiesen
werden, daß die Vorrichtung gemäß Fig. 7 auf dem Fahrzeug
1 angebracht ist und daß ein Programm zum Betreiben der Zentraleinheit
11 entsprechend den Flußdiagrammen aus Fig. 8a und 8b
vorher im Speicher 11b gespeichert wird.
Die Wirkungsweise ist folgendermaßen. Nach Einschalten
eines die Betriebsenergie zuführenden Hauptschalters
(nicht dargestellt) werden der Erdmagnetismus-Sensor 2,
die Steuerschaltung 9 und
die Anzeigemittel 8 in Betrieb gesetzt. Das heißt, der
Erdmagnetismus-Sensor 2 detektiert den Erdmagnetismus H
und liefert die Erfassungssignale x und y, die über den
A/D-Wandler 10 an den Mikrocomputer 11 weitergeleitet
werden. Der letztere ist nach dem Umlegen des
Hautpschalters ebenfalls betriebsbereit und arbeitet
ausgehend von Schritt 101 schrittweise nach einer
Hauptroutine gemäß Fig. 8a. Zuerst wird die Arbeitsweise
der ersten Korrektureinrichtung 3 beschrieben. Wenn der
Schalter 5 durch einen Bediener betätigt und diese
Maßnahme wie in Schritt 101 gezeigt bestätigt ist, wird
ein erster Korrektur-Programmlauf durchgeführt, wie in
Schritt 102 dargestellt ist. Im ersten Korrekturlauf wird
der gleiche Arbeitsgang vollzogen, der in der bereits
erwähnten japanischen Offenlegungsschrift Nr. 24 811/1983
offenbart ist, so daß entsprechende Werte xo und yo für
die Mittelpunkt-Koordinaten des ellipsenförmigen
geometrischen Ortes und dessen Radien Kx und Ky jeweils in
x- und y-Richtung erhalten werden.
Die Magnetisierungs-Korrektureinrichtung 4 empfängt, wie
in Schritt 103 gezeigt, die Erfassungssignale x und y und
ermittelt die korrigierten Erfassungssignale X und Y
entsprechend den Gleichungen (7a) und (7b), wie in Schritt
104 dargestellt ist. Dann berechnet die
Winkelbestimmungseinrichtung 7 die Bewegungsrichtung auf
der Basis der Gleichung (9c), wie Schritt 105
dargestellt ist, und liefert sie, wie in Schritt 106
gezeigt, an die Anzeige-Treiberschaltung 12. Die
Anzeige-Treiberschaltung 12 reagiert auf das
Richtungssignal Rh, um den entsprechenden der
Anzeigebereiche 8a bis 8h zu aktivieren und dadurch die
Bewegungsrichtung Rh anzuzeigen. Danach wird während
einer Zeitspanne, in der das Fahrzeug 1 nicht eine
vorbestimmte Entfernung d zurücklegt, das Programm, wie in
Schritt 107 gezeigt, zum Schritt 101 zurückgeführt und der
gleiche Arbeitsablauf wird wiederholt. Ob das Fahrzeug 1
die Distanz d zurückgelegt hat oder nicht, kann anhand des
Signals beurteilt werden, das der Distanzsensor bzw.
Wegstreckenzähler des Fahrzeuges an den Mikrocomputer 11
liefert, in dem die Entscheidung getroffen wird.
Wenn während der Zeit, in der der Arbeitsgang der
Magnetisierungs-Korrektureinrichtung 4 wiederholt wird,
wie in Schritt 107 dargestellt, das Fahrzeug die
vorbestimmte Strecke d zurücklegt, führt die
Berichtigungseinrichtung 6, wie in Schritt
108 dargestellt, einen Programmlauf zur Berichtigung des
ellipsenförmigen geometrischen Ortes aus. Der Programmlauf
wird anhand von Fig. 8b und 9b beschrieben. Um die
Berechnung der Vektorkomponenten Δx und Δy zu
erleichtern, welche die Koordinaten des Erfassungssignals
und einen der Kreuzungspunkte des ellipsenförmigen
geometrischen Ortes mit einer durch den Mittelpunkt der
Ellipse verlaufenden Geraden, der näher an den Koordinaten
des Erfassungssignals liegt als der andere, miteinander
verbinden, wird das Koordinatensystem des
Korrektursignalpaares aus Fig. 9b, das aus dem
Koordinatensystem des Erfassungssignalpaares aus Fig. 9a
entsprechend den Gleichungen (7a) und (7b) konvertiert
wird, berücksichtigt. Wie in Schritt 201 dargestellt ist,
bedeutet das, daß die jeweiligen Komponenten ΔX und
ΔY, die aus der Umwandlung der Vektoren in das
Koordinatensystem des Korrektursignalpaares gewonnen
werden, unter Zugrundelegung der folgenden Gleichungen
ΔX = X - X/(X² + Y²)1/2, (10a)
ΔY = Y - Y/(X² + Y²)1/2, (10b)
ermittelt werden.
Da sich bei der Rückumwandlung der Gleichungen (7a) und
(7b) folgende Gleichungen ergeben:
x = Kx · X + xo, (11a)
y = Ky · Y + yo, (11b)
werden die jeweiligen Vektorkomponenten Δx und Δy, wie
in Schritt 202 dargestellt, durch die folgenden Gleichungen
Δx = Kx · ΔX, (12a)
Δy = Ky · ΔY, (12b)
ermittelt. Dann werden die maximale x-Komponente xmax oder
die minimale x-Komponente xmin mit Hilfe der
Vektorkomponente x berichtigt. Um das zu tun, muß
entschieden werden, ob die maximale x-Komponente xmax oder
die minimale x-Komponente xmin näher an den
x-Koordinaten des Erfassungssignals befindet. Da sich
gemäß den Gleichungen (6a), (6b), (7a) und (7b) und einer
Bedingung
xmax < xmin
|x - xmax| < |x - xmin| = X < 0, (13a)
|x - xmax| = |x - xmin| = X = 0, (13b)
|x - xmax| < |x - xmin| = X < 0 (13a)
ergeben, wird ein Zeichen des Korrektur-Erfassungssignals
X, das auf der x-Komponente des Erfassungssignals x
basiert, entschieden, wie durch Schritt 203 dargestellt.
Wenn X <0 ist, wird die maximale x-Komponente xmax
berichtigt unter Berücksichtigung der folgenden Gleichung,
wobei die mit Hilfe des vorbestimmten
Gewichtskoeffizienten Z und der Gleichungen (6a) und
(6b) ermittelte Vektorkomponente Δx benutzt wird:
xmax ← xmax + Z · Δx. (14)
Durch Ausführung der Gleichungen (6a) und (6b) ergeben
sich, wie durch Schritt 204 dargestellt, die folgenden
Gleichungen:
xo ← xo + Z · Δx/2, (14a)
Kx ← Kx + Z · Δx/2. (14b)
Auf diese Weise werden in der x-Richtung eine neue
Mittelpunkt-Koordinate xo und ein neuer Radius Kx erhalten.
Wenn X <0 ist, wird die minimale x-Komponente xmin gemäß
der folgenden Gleichung
xmin ← xmin + Z · Δx (15)
berichtigt.
Wenn man die Gleichungen (6a) und (6b) auf dieser
Grundlage ausführt, ergeben sich
xo ← xo + Z · Δx/2, (15a)
Kx ← Kx - Z · Δx/2, (15b)
wodurch in der x-Richtung eine neue Mittelpunkt-Koordinate
xo und ein neuer Radius Kx erhalten werden, wie durch
Schritt 205 dargestellt.
Falls X=0 ist, wird wedern die maximale x-Komponente xmax
noch die minimale x-Komponente xmin berichtigt.
Schließlich werden, wie in den Schritten 206 bis 208
dargestellt, die maximale y-Komponente ymax oder die
minimale y-Komponente ymin berichtigt durch Anwendung der
y-Komponente Δy der Vektoren in der gleichen Weise wie in
den Schritten 203 bis 205, um eine neue
Mittelpunkt-Koordinate yo und einen neuen Radius Ky in der
y-Richtung zu erhalten, womit der Berechtigungsvorgang für
den ellipsenförmigen geometrischen Ort abgeschlossen ist
und der Arbeitsablauf zum Hauptprogramm gemäß Fig. 8a
zurückgeführt wird. Wenn nach der Rückführung des
Arbeitsablaufes auf das Hauptprogramm der Schalter 5 nicht
in Einschaltstellung ist, wird der Schritt 204
übersprungen und der gleiche oben erwähnte
Arbeitsdurchgang wird durchgeführt.
Somit wird durch die Wiederholung des oben beschriebenen
Berichtigungsprogrammes mit der Bewegung des Fahrzeuges
der geometrische Ort durch eine große Anzahl von
Erfassungssignalen geschätzt bzw. ermittelt. Wenn man den
Gewichtungskoeffizienten in geeigneter Weise auswählt,
werden daher die Fehler in den jeweiligen
Erfassungssignalen untereinander ausgeglichen, was zu
einer Verminderung des Fehlereinflusses und zu einer
genauen Bestimmung des ellipsenförmigen geometrischen
Ortes führt.
Bei der beschriebenen Ausführungsform wird das
Berichtigungsprogramm für den ellipsenförmigen
geometrischen Ort jedesmal ausgeführt, wenn das Fahrzeug,
wie in Schritt 107 gezeigt, eine konstante Streckenlänge
zurücklegt. Es ist ebenso möglich, den Berichtigungsablauf
nach konstanten Zeitspannen durchzuführen. Weiterhin ist
es möglich, obgleich bei der beschriebenen Ausführungsform
der Gewichtskooeffizient Z konstant ist, nach der ersten
Korrektur den Koeffizienten als Funktion der Anzahl der
Durchläufe zur Berichtigung des ellipsenförmigen
geometrischen Ortes oder als Funktion der
Bewegungsrichtung des Fahrzeuges zu gestalten.
Bei der beschriebenen Ausführungsform wird die
Berichtigung des ellipsenförmigen geometrischen Ortes
durch Verwendung des tatsächlichen Erfassungssignalpaares
x und y durchgeführt. Es ist aber möglich, den
geometrischen Ort unter Verwendung eines Durchschnitts von
n Paaren von Korrekturerfassungssignalen durchzuführen,
vorausgesetzt, daß die Koordinaten von n Paaren von
Erfassungssignalen innerhalb eines begrenzten kleinen
Bereiches konzentriert sind.
Wie oben ausgeführt, wird der bei der
ersten Korrektur ermittelte ellipsenförmige Ort in
aufeinanderfolgenden Stufen berichtigt durch Verwendung
von Erfassungssignalpaaren, so daß die Wirkung des
Magnetfeldes des sich bewegenden Körpers aus den
Erfassungssignalpaaren vollständig eliminiert wird. Daher
ist es möglich, selbst wenn das Magnetfeld von Mal zu Mal
und dementsprechend der ellipsenförmige geometrische Ort
sich ändern, die Mittelpunkt-Koordinaten und die Radien in
den jeweiligen Richtungen nach und nach zu berichtigen.
Auf diese Weise ist es möglich, im Erfassungssignal
Komponenten, die auf das Magnetfeld zurückzuführen sind,
aus den Erfassungssignalpaaren unter Anwendung dieser
Bedingungen vollständig zu eliminieren, was zur Folge hat,
daß man genaue Erfassungssignale erhält, die zur
Bestimmung der wahren Bewegungsrichtung notwendig sind,
und somit die Bewegungsrichtung des Fahrzeuges genau
detektiert wird.
Claims (6)
1. Magnetkompaß für ein Fahrzeug, umfassend
- a) eine Detektoreinrichtung zur Erfassung des von einem magnetischen Störfeld überlagerten Magnetfeldes der Erde und zur Bildung entsprechender Erfassungssignale (x, y) als zueinander senkrechte Komponenten,
- b) eine erste Schaltungseinrichtung zur Bestimmung von Koordinaten einer elliptischen Ortskurve (O) der Erfassungssignale (x, y) in einem orthogonalen Koordinatensystem in Abhängigkeit von bei einem Umlauf des Fahrzeuges von der Detektoreinrichtung ermittelten Maximum- und Minimumwerten (xmax, xmin, ymax, ymin) der Erfassungssignale (x, y),
- c) eine zweite Schaltungseinrichtung zur Ermittlung berichtigter Erfassungssignale (X, Y) aus den Erfassungssignalen (x, y) der Detektoreinrichtung unter Berücksichtigung der Koordinaten der elliptischen Ortskurve (O),
- d) eine Winkelbestimmungseinrichtung zur Ermittlung der Bewegungsrichtung des Fahrzeuges aus den berichtigten Erfassungssignalen (X, Y) der zweiten Schaltungseinrichtung, und
- e) eine Berichtigungseinrichtung zur Berichtigung der elliptischen Ortskurve (O) bei Veränderungen des magnetischen Störfeldes,
dadurch gekennzeichnet,
- f) daß die Berichtigungseinrichtung (6) nach Zurücklegen vorbestimmter Strecken durch das Fahrzeug oder nach Ablauf vorbestimmter Zeitspannen jeweils vorübergehend aktivierbar ist, und
- g) daß die Berichtigungseinrichtung (6) zur Ermittlung des bei Abweichung der Erfassungssignale (x, y) von der gespeicherten Ortskurve (O) auftretenden Abstandes (Δx, Δy) der Erfassungssignale (x, y) vom nächstliegenden Punkt der gespeicherten Ortskurve (O) in Richtung zu deren Mittelpunkt und zum Zuführen der Koordinaten einer entsprechend berichtigten Ortskurve (O) an die zweite Schaltungseinrichtung (Magnetisierungs-Korrektureinrichtung 4) ausgelegt ist.
2. Magnetkompaß nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die
Berichtigungseinrichtung (6) Mittel aufweist zur
Berücksichtigung eines Gewichtungskoeffizienten (Z)
für die Komponenten des auftretenden Abstandes (Δx,
Δy).
3. Magnetkompaß nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der
Gewichtskoeffizient (Z) durch eine Funktion der
Anzahl der Aktivierungen der Berichtigungseinrichtung
(6) gebildet ist.
4. Magnetkompaß nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Berichtigungseinrichtung (6) dazu eingerichtet ist,
den Abstand (Δx, Δy) einer durchschnittlichen
Anzahl von von der Detektoreinrichtung (2) innerhalb
eines kleinen Bereiches erfaßten Erfassungssignalen
(x, y) von der Ortskurve (O) zu bestimmen.
5. Magnetkompaß nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Funktionen der ersten Schaltungseinrichtung (erste Korrektureinrichtung 3), der
zweiten Schaltungseinrichtung (Magnetisierungs-Korrektureinrichtung 4), und der
Berichtigungseinrichtung (6) durch einen Mikrocomputer
(11) gebildet sind.
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