DE3805283C2

DE3805283C2 -

Info

Publication number: DE3805283C2
Application number: DE3805283A
Authority: DE
Inventors: Takahiro Susono Shizuoka Jp Oikawa
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 1988-02-19
Filing date: 1988-02-19
Publication date: 1991-08-01
Also published as: DE3805283A1; US4916650A; GB2215062A; GB8803768D0; GB2215062B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Integration von aufeinanderfolgenden Sensorsignalen, welchen ausgehend von einem Bezugspegel zeitlich veränderliche Driftsignale überlagert sind. Ferner betrifft die Erfindung eine Einrichtung zur Integration von aufeinanderfolgenden Sensorsignalen, welchen ausgehend von einem Bezugspegel zeitlich veränderliche Driftsignale überlagert sind, mit einer Sensoreinrichtung und einer hieran angeschlossenen Integrationsstufe, zur Durchführung dieses Verfahrens.

Verfahren und Einrichtungen dieser Art finden insbesondere bei Navigationssystemen für Fahrzeuge Anwendung.

Aus JP 60-48 600 ist ein Navigationssystem bekannt, das einen Winkelgeschwindigkeitssensor verwendet. Es wird für ein Kraftfahrzeug eingesetzt. Bei diesem System werden Ortspunkte der Fahrzeugbewegung durch einen Winkelgeschwindigkeitssensor und einen Entfernungssensor erfaßt und die erfaßten Ortspunkte des Fahrzeuges werden auf eine Straße einer angezeigten Karte projiziert, so daß der Reiseweg des Fahrzeuges längs vorgegebener Straßen der Karte angegeben wird. Da dieses System unabhängig arbeiten kann, ohne daß andere zusätzliche Einrichtungen (beispielsweise Funksignale) erforderlich sind, ist dieses System in Stadtgebieten oder anderen Gebieten einsetzbar, die Funkstörungen ausgesetzt sind, in welchen Funknavigationssysteme nicht zuverlässig arbeiten können.

Fig. 1 stellt ein Blockschaltbild des Navigationssystems unter Verwendung eines Winkelgeschwindigkeitssensors dar, wobei das System einen Entfernungssensor (1) zum Erfassen der vom Fahrzeug zurückgelegten Entfernung umfaßt und ein entsprechendes Entfernungssignal abgibt, sowie einen Winkelgeschwindigkeitssensor (2) (Geschwindigkeit) zur Erfassung der Winkelgeschwindigkeit bei der Reise des Fahrzeuges und der Ausgabe eines entsprechenden Winkelgeschwindigkeitssignals, und eine Steuerung (3) (beispielsweise eine Zentraleinheit) zur Berechnung der Ortspunkte des Fahrzeuges auf der Basis der Entfernungssignale und der Winkelgeschwindigkeitssignale, eine Speichereinheit (4) zur Speicherung verschiedener Kartendaten, einschließlich Abzweigungspunkten, eine Anzeigeeinheit (5), wie beispielsweise eine Kathodenstrahlröhre, zur Anzeige einer Straßenkarte und einer Bahn der Ortspunkte der Fahrzeugbewegung, und eine Tastatur (6) zur Eingabe von Daten, wie beispielsweise eines Startpunktes auf einer Straßenkarte.

Die erwähnte Steuerung (3) berechnet den Fahrtwinkel des Fahrzeuges auf der Basis der Winkelgeschwindigkeitssensorsignale wie folgt:

Es sei angenommen, daß ein Kraftfahrzeug während einer Zeitspanne (t₁) nach rechts fährt, geradlinig weiterfährt und dann während einer Zeitspanne (t₂) gemäß Fig. 3(A) nach links fährt. In diesem Falle erzeugt der Winkelgeschwindigkeitssensor (2) zwei Winkelgeschwindigkeitssensorsignale (f₁(T), f₂(T)). Die Steuerung (3) berechnet einen Rechtswendungswinkel (A_R) und einen Linkswendungswinkel (A_L), in dem die Flächen (S₁, S₂) im Einklang mit nachfolgenden Gleichungen erhalten werden:

Fig. 3(A) stellt ein Ausführungsbeispiel eines Winkelgeschwindigkeitssensorsignals in Idealform dar, ohne dem nachteiligen Einfluß einer Auswanderung im Ausgangsspannungspegel des Winkelgeschwindigkeitssensors (2) ausgesetzt zu sein. In der Praxis ändert sich jedoch, da eine Auswanderung unvermeidlicherweise infolge von Störungen dem Ausgang des Winkelgeschwindigkeitssensors (2) überlagert ist, das Winkelgeschwindigkeitssensorsignal nach Fig. 3(A) in jenes nach Fig. 3(B). In Fig. 3(B) ist die Auswanderung V₀(T) der Einfachheit wegen durch eine Gerade näherungsweise angegeben.

Wird ein Winkelgeschwindigkeitssensorsignal, dem eine Auswanderung überlagert ist, integriert, um einen Winkel zu erhalten, so verursacht der in Fig. 3(B) gestrichelt angegebene Bereich einen Fehler.

Im einzelnen ändert sich die in Fig. 3(A) gezeigte Fläche (S₁) in eine Fläche (S₁′), die durch Kurven (a, P₁, b, c, d, A) umschlossen wird, so daß die durch (a, b, c, d, A) umschlossene Fläche zur Fläche (S₁) als Fehler hinzugefügt wird. Andererseits ändert sich die in Fig. 3(A) gezeigte Fläche (S₂) in eine Fläche (S₂′), die durch Kurven (d, e, P₂) umschlossen wird, so daß eine Fläche, die von (c, f, e, d) umschlossen wird, von der Fläche (S₂) als Fehler subtrahiert wird.

Daher wird eine tatsächliche Reisestrecke des Fahrzeuges, die in Fig. 2 mit (B) bezeichnet ist, gegenüber der Reisestrecke (B) in eine irrtümliche Reisestrecke (A) jenseits eines zulässigen Bereiches (C), den in Fig. 2 durch zwei gestrichelte Kurven angegeben wird, in einer kurzen Zeitspanne (D) verschoben. Sobald der berechnete Ortspunkt des Fahrzeuges von dem zulässigen Bereich abweicht, so muß der Fahrer den gegenwärtigen, irrtümlich angezeigten Ortspunkt auf eine an der Karte angegebene Straße zurückstellen oder korrigieren, um den normalen Anzeigebetrieb des Navigationsbetriebes fortzusetzen.

Anders ausgedrückt, beim bekannten Navigationssystem liegt die Schwierigkeit vor, daß, wenn der Ausgangspegel des Winkelgeschwindigkeitssensors auswandert oder fluktuiert, der Fahrer häufig die irrtümlichen Anzeigen durch Betätigung beispielsweise einer bestimmten Taste zurückstellt.

Diese Nachteile können durch den Einsatz eines Winkelgeschwindigkeitssystems höherer Präzision zwar etwas verringert werden, was jedoch andererseits zu einer Erhöhung der Gestehungskosten führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem der durch allmähliche Drift entstehende Fehler im Sensorsignal verringert wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Verfahrensanspruchs 1 bzw. durch die Merkmale des Vorrichtungsanspruchs 4 gelöst.

Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den diesen Patentansprüchen jeweils nachgeordneten Patentansprüchen.

Einzelheiten und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Einrichtung sind in der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels dargelegt, das anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert wird. Darin zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild des allgemeinen Aufbaus eines Navigationssystems mit einem Winkelgeschwindigkeitssensor,

Fig. 2 eine Darstellung zur Erläuterung der Reisewege eines mit dem System gemäß Fig. 1 ausgerüsteten Fahrzeuges,

Fig. 3(A) eine grafische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Winkelgeschwindigkeitssensorsignals, das keine Auswanderung aufweist;

Fig. 3(B) eine grafische Darstellung des gleichen Winkelgeschwindigkeitssensorsignals mit Auswanderung, die dazu beiträgt, das Sensorsignalerfassungsverfahren des Standes der Technik zu erläutern;

Fig. 4(A) und (B) ähnliche grafische Darstellungen eines Ausführungsbeispiels eines Sensorsignals mit Auswanderung, die dazu beitragen, das erfindungsgemäße Sensorsignal-Integrationsverfahren zu erläutern; und

Fig. 5 ein Blockschaltbild, welches das Sensorsignal-Integrationsverfahren verkörpert, das unter Bezugnahme auf die Fig. 4(A) und 4(B) beschrieben wird.

Es wird nunmehr auf die bevorzugten Ausführungsformen näher eingegangen.

Das Verfahren zur Integration eines Sensorsignals, das von einem erfindungsgemäßen Winkelgeschwindigkeitssensor erzeugt wird, wird anschließend unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen erläutert.

In Fig. 4(A) ist (f₁(T)) ein Sensorsignal, das von einem Winkelgeschwindigkeitssensor erzeugt wird, wenn sich das Fahrzeug beispielsweise nach rechts wendet, und (f₂(T)) ist ein Sensorsignal, das von einem Winkelgeschwindigkeitssensor erzeugt wird, wenn sich das Fahrzeug nach links wendet. In Fig. 4(A) ist ein durch eine Störung erzeugter Auswanderungspegel durch (V₀(T) = alphaT) angenähert und wird auf die beiden Winkelgeschwindigkeitssensorsignale überlagert. Ferner werden zwei Spannungspegel +Vc und -Vc vorgegeben, um zu überprüfen, ob der Pegel des Winkelgeschwindigkeitssensorsignals mit Auswanderung diese beiden Spannungspegel |Vc| überschreitet.

Eine Zeitspanne (t₁), während welcher das Winkelgeschwindigkeitssensorsignal (f₁(T)) einen Pegel +Vc hat und eine Zeitspanne (t₂), während welcher das Winkelgeschwindigkeitssensorsignal (f₂(T)) unter einen Pegel -Vc fällt, werden beide erfaßt, indem die Schnittstellen des Winkelgeschwindigkeitssensorsignals (f₁(T)) oder f₂(T)) mit den vorgegebenen Pegeln |Vc| erhalten werden. Ferner wird eine vorgegebene festliegende Zeitspanne (2tc) zu der vorausgehend aufgeführten Zeitspanne (t₁, t₂) an beiden Seiten des Sensorsignals hinzugefügt, um jeweils zwei Integrationszeitspannen (t₁+2tc) oder (t₂+2tc) zu ergeben. Somit wird das Winkelgeschwindigkeitssensorsignal für eine Rechtswendung (f₁(T)) während einer Zeitspanne (t₁+2tc) integriert, um eine Fläche (S₁′′) zu erhalten, die in Fig. 4(B) schraffiert angegeben ist; dagegen wird das Winkelgeschwindigkeitssensorsignal (f₂(T)) für eine Linkswendung während einer Zeitspanne (t₂+2tc) integriert, um eine Fläche (S₂′′) zu erhalten, die in Fig. 4(B) schraffiert dargestellt ist.

Aus Fig. 4(B) ist klar ersichtlich, daß eine fehlerhafte Fläche, die von (b, B, C und D) umschlossen ist, und in Fig. 4(B) kreuzschraffiert dargestellt ist, gegenüber der in Fig. 3(B) angegebenen Fläche (S₁′) des Standes der Technik verringert werden kann. Der Grund hierfür liegt darin, daß eine zwischen den beiden Signalen für eine Rechtswendung und Linkswendung bestehende Auswanderung (Drift), die durch einen Prüfpegel |Vc| erfaßt wird, nicht integriert wird, wodurch die Genauigkeit eines Integrationswertes des Winkelgeschwindigkeitssensorsignals verbessert wird.

Bei dieser Ausführungsform wird eine fehlerhafte Fläche, die von (B, f, e und C) umschlossen wird, gemäß Fig. 4, nicht zu einer Fläche (S₂′′) addiert. Ist jedoch die Polarität des Winkelgeschwindigkeitsensorsignals, nachdem dieses |Vc| überschritten hat und vor dem Zeitpunkt (tc) verschieden, so ist es möglich, diese Fläche (S₂′′′) (die in Fig. 4(B) schwarz eingetragen ist), zu verschieben und sie anschließend der Fläche (S₂′′) zur Verringerung eines Fehlers hinzuzufügen.

Da ferner der Ausgangspegel des Sensorsignals in beiden Richtungen auswandert, was durch (V₀(T) = ± alphaT) ausgedrückt wird, ist eine perfekte Eliminierung der fehlerhaften Fläche nicht notwendigerweise erforderlich.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann, da der Fehler des erfaßten Winkels des Reiseweges des Fahrzeuges relativ verringert werden kann, der Reiseweg des Fahrzeuges innerhalb eines zulässigen Bereiches (C) verlaufen, was in Fig. 2 durch (E) dargestellt wird. Daher kann das Navigationssystem, das das erfindungsgemäße Verfahren verwendet, die Ortspunkte des Reiseweges des Fahrzeuges innerhalb eines zulässigen Bereiches während vieler Stunden ohne einen mühsamen Korrekturvorgang der Anzeigeposition angeben.

Fig. 5 ist ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der Vorrichtung, welche das erfindungsgemäße Verfahren verwenden kann. Die Vorrichtung umfaßt einen Winkelgeschwindigkeitssensor (2) gemäß Fig. 1, einen A/D-Umsetzer (10) zum Abfragen eines Winkelgeschwindigkeitssensors mit einer geeigneten Abfragefrequenz, Quantisieren des abgefragten Signals in digitale Signale mit quantisierten Signalpegeln; ein Schieberegister (11) zur zeitweiligen Speicherung aufeinanderfolgender, digitalisierter Winkelgeschwindigkeitssignale und Ausgabe der gespeicherten Signale nach einer Zeitspanne (tc) (das als Verzögerungsschaltung dient); eine Pegeleinstellvorrichtung (12) zur Voreinstellung eines Spannungspegels |Vc|; einen Komparator (13) (beispielsweise einen Fensterkomparator zum Vergleich des analogen Winkelgeschwindigkeitssensorsignals mit dem voreingestellten Spannungspegel |Vc| und Ausgabe eines Signals mit hohem Spannungspegel, wenn das Winkelgeschwindigkeitssignal |Vc| überschreitet, und eines Signals mit niedrigem Spannungspegel, wenn das Signal unter |Vc| fällt; ein R-S Flip-Flop (14) mit einer Setzeingangsklemme (S), die mit dem Komparator (13) verbunden ist, und einer Rücksetzeingangsklemme (R), die mit dem Komparator (13) über eine Verzögerungsschaltung (16) und eine Umkehrstufe (15) verbunden ist; und einen Integrator (17) zur Integration der digitalen Winkelgeschwindigkeitssensorsignale, die durch das Schieberegister (11) aufeinanderfolgend, abhängig von einem H-Pegelsignal aus der Q-Ausgangsklemme des Flip-Flops (14) um (tc) verzögert sind. Obiger Integrationsvorgang wird, abhängig von einem L-Pegelsignal, von der Q-Ausgangsklemme des Flip-Flops angehalten.

Der Betrieb der in Fig. 5 gezeigten Schaltung wird anschließend beschrieben.

Das vom Winkelgeschwindigkeitssensor (2) erfaßte Winkelgeschwindigkeitssensorsignal wird durch den A/D-Umsetzer (10) digitalisiert und durch das Schieberegister (11) verschoben, um die digitalen Signale um eine Verzögerungszeit (tc) zu verzögern.

Überschreitet der Pegel des Winkelgeschwindigkeitssensorsignals |Vc|, so ändert sich das Ausgangssignal des Komparators (13) von (L) auf (H), um das R-S Flip-Flop (14) zu setzen, so daß sich das Q-Ausgangssignal von (L) auf (H) ändert. Abhängig von diesem H-Pegel-Signal beginnt der Integrator (17) mit der Integrierung der vom Schieberegister (11) ausgegebenen digitalen Sensorsignale. Da die digitalen Signale durch das Schieberegister (11) um (tc) verzögert sind, integriert der Integrator (17) die Winkelgeschwindigkeits sensorsignale, beginnend von einem Zeitpunkt, der um (tc) vor dem Zeitpunkt liegt, an dem der Winkelgeschwindigkeitssignalsensorpegel |Vc| überschreitet. Andererseits ändert sich, wenn der Winkelgeschwindigkeitssensorsignalpegel unter |Vc| fällt, da das Ausgangssignal des Komparators (13) vom H-Pegel zum L-Pegel umschaltet, das Ausgangssignal der Umkehrstufe (15) vom L-Pegel auf H-Pegel. Abhängig von diesem H-Pegel-Signal ändert sich das Ausgangssignal der Verzögerungsschaltung (16) nach (2tc) vom L-Pegel auf H-Pegel. Abhängig von diesem verzögerten Signal ändert sich, da das R-S Flip-Flop (14) rückgesetzt ist, dessen Q-Ausgangssignal von H-Pegel auf L-Pegel, so daß der Integrator (17) die Integration anhält. Wie vorausgehend beschrieben wurde, wird das Winkelgeschwindigkeitssensorsignal integriert, ausgehend von einem ersten Zeitpunkt, der um (tc) früher liegt bevor das Signal |Vc| überschreitet bis zu einem zweiten Zeitpunkt, der um (tc) später liegt als das Signal unter |Vc| fällt.

Wie vorausgehend beschrieben wurde, werden bei dem erfindungsgemäßen Sensorsignal-Integrationsverfahren Winkelgeschwindigkeitssensorsignale, deren Pegel kleiner ist als ein vorgegebener Pegel |Vc|, als Auswanderung betrachtet und werden nicht zwischen zwei benachbarten Sensorsignalen integriert, so daß es möglich ist, einen Fehler als Folge der Auswanderung zu verringern. Daher ist es möglich, beispielsweise bei der Anwendung in einem Navigationssystem, das einen Winkelgeschwindigkeitssensor mit verhältnismäßig geringem Preis für ein Kraftfahrzeug verwendet, in zuverlässiger Weise die Ortspunkte der Fahrzeugreise anzugeben, ohne die an der Straße der Karte angezeigten Ortspunkte zu korrigieren oder zurückzustellen.

Claims

1. Verfahren zur Integration von aufeinanderfolgenden Sensorsignalen, welchen ausgehend von einem Bezugspegel zeitlich veränderliche Driftsignale überlagert sind, dadurch gekennzeichnet, daß

(a) die Sensorsignale um eine erste vorbestimmte Zeitspanne verzögert werden,
(b) die verzögerten Sensorsignale zu ihrer Integration einem wechselweise an- und abschaltbaren Integrator zugeführt werden,
(c) die nicht-verzögerten Sensorsignale mit einem einstellbaren oberen, über dem Bezugspegel liegenden Schwellwert und einem einstellbaren unteren, unter dem Bezugspegel liegenden Schwellwert verglichen werden,
(d) der Integrator angeschaltet wird, wenn ein nicht-verzögertes Sensorsignal über dem oberen Schwellwert oder unter dem unteren Schwellwert liegt, und
(e) der Integrator abgeschaltet wird, wenn ein nicht-verzögertes Sensorsignal zwischen dem oberen Schwellwert und dem unteren Schwellwert liegt, wobei die Abschaltung des Integrators nach einer zweiten vorbestimmten Zeitspanne nach Erscheinen dieses Sensorsignals erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Zeitspannen auf gleiche Länge eingestellt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die oberen und unteren Schwellwerte auf den gleichen Absolutwert gegenüber dem Bezugspegel eingestellt werden.

4. Einrichtung zur Integration von aufeinanderfolgenden Sensorsignalen, welchen ausgehend von einem Bezugspegel zeitlich veränderliche Driftsignale überlagert sind, mit einer Sensoreinrichtung (2) und einem hieran angeschlossenen Integrator (17), zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch

(a) eine erste Verzögerungseinrichtung (11), welche zwischen der Sensoreinrichtung (11) und dem Integrator (17) angeordnet ist und die von der Sensoreinrichtung empfangenen Sensorsignale mit einer Verzögerung einer vorbestimmten ersten Zeitspanne an den Integrator weitergibt,
(b) eine den Integrator wechselweise an- und abschaltbare Schalteinrichtung (14),
(c) eine auf einen oberen Schwellwert und auf einen unteren Schwellwert einstellbare Komparatoreinrichtung (13), welche eingangsseitig mit der Sensoreinrichtung (2) und ausgangsseitig mit der Schalteinrichtung (14) verbunden ist und an die Schalteinrichtung (14) ein die Anschaltung des Integrators (17) bewirkendes Signal liefert, wenn das von der Sensoreinrichtung (2) an die Komparatoreinrichtung (13) gelieferte Signal den oberen Schwellwert überschreitet oder den unteren Schwellwert unterschreitet, und
(d) eine zweite Verzögerungseinrichtung (16), welche zwischen der Komparatoreinrichtung (13) und der Schalteinrichtung (14) angeordnet ist und mit einer Verzögerung einer vorbestimmten zweiten Zeitspanne an die Schalteinrichtung (14) ein die Abschaltung des Integrators (17) bewirkendes Signal liefert, wenn das von der Sensoreinrichtung (2) an die Komparatoreinrichtung (13) gelieferte Signal den oberen Schwellwert unterschreitet oder den unteren Schwellwert überschreitet.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Verzögerungseinrichtung (11) als Schieberegister ausgebildet ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Sensoreinrichtung (2) und der als Schieberegister ausgebildeten ersten Verzögerungseinrichtung (11) ein Analog/Digitalwandler (10) angeordnet ist.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Komparatoreinrichtung (13) mit einer Pegeleinstellvorrichtung (12) zur Einstellung der oberen und unteren Schwellwerte versehen ist.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung (14) ein R-S-Flip-Flop umfaßt, an dessen Setz-Eingang (S) die Komparatoreinrichtung angeschlossen ist und an dessen Reset-Eingang die zweite Verzögerungseinrichtung (16) angeschlossen ist, während der Ausgang (Q) mit dem Schalteingang des Integrators (17) verbunden ist.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen der Komparatoreinrichtung (13) und der zweiten Verzögerungseinrichtung (16), ein Inverter (15) geschaltet ist.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Verzögerungseinrichtung (16) auf den Wert der Verzögerungszeit der ersten Verzögerungseinrichtung (11) eingestellt ist.