DE3734064C2

DE3734064C2 -

Info

Publication number: DE3734064C2
Application number: DE3734064A
Authority: DE
Inventors: Mitiyo Himeji Hyogo Jp Suyama
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1986-10-08
Filing date: 1987-10-08
Publication date: 1993-08-26
Also published as: US4852012A; KR880005465A; DE3734064A1; KR910001251B1; JPH0629732B2; JPS6394109A

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

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.