DE4018189A1 - Verfahren zur erfassung der bewegung eines fahrzeugs ueber einer flaeche sowie bewegungserfassungsvorrichtung - Google Patents
Verfahren zur erfassung der bewegung eines fahrzeugs ueber einer flaeche sowie bewegungserfassungsvorrichtungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung der
Bewegung eines Fahrzeugs über einer Fläche nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
Aus "Bosch Technische Berichte", 8 (1986/-) Heft 1/2,
Seiten 57 bis 65 ist es bekannt, Wegsensoren bei der
Koppelnavigation einzusetzen, da sich mit diesen Geräten
Weginkremente wesentlich präziser erfassen lassen, als
durch den Radumlauf. Statt über den Rad-Straße-Kontakt
wird der Weg über die Relativbewegung zur Straßenoberfläche
berührungslos erfaßt, indem die bei der Relativbewegung
zur einer statistisch rauhen Oberfläche auftretenden
Ortsfrequenzen ausgewertet werden.
Bei einer zur Wegerfassung geeigneten Anordnung wird die
bewegte, strukturierte und bedarfsweise beleuchtete
Fläche, bei Einsatz in Fahrzeugen also die Straßenoberfläche,
durch ein Objektiv auf einem optischen Sensor
abgebildet. Dieser kann z. B. aus einem Gitter aus äquidistant
angeordneten, streifenförmigen Photodioden, einem
sogenannten Diodenarray bestehen und besitzt dann gleichzeitig
Filtereigenschaften. Der Photostrom dieses
Diodenarrays weist eine bevorzugte Frequenz auf, die
direkt proportional zur Relativgeschwindigkeit zwischen
Meßeinrichtung und Fahrbahnoberfläche ist.
Unter der Annahme, daß das Bild der Straßenoberfläche aus
sinusförmigen Helligkeitsverteilungen unterschiedlicher
Wellenlänge mit zunächst gleich großen Amplituden zusammengesetzt
ist, hat der von jedem Wellenzug erzeugte
Photostrom in einem unstrukturierten Empfänger die
Frequenz:
f = M * v/Lamda.
Darin bedeutet M der Abbildungsmaßstab der Optik, v die
Relativgeschwindigkeit und Lamda die Wellenlänge der
Helligkeitsverteilung.
Man kann nachweisen, daß bestimmte Ortswellenlängen zu
einer Erhöhung des Photostroms im Diodenarray beitragen.
Es handelt sich hierbei um solche Ortswellenlängen, bei
denen die Gitterkonstante des Diodenarrays ein ungeradzahliges
Vielfaches der Ortswellenlänge beträgt. Im Maximum
erster Ordnung ist die Wellenlänge Lamda gleich der
Gitterkonstanten g und es ergibt sich die Frequenz des
Photostroms zu:
f = M * v/g
Aus dieser Gleichung folgt, daß die Proportionalität
zwischen Geschwindigkeit v und Ausgangsfrequenz f nur von
apparativen Größen, nämlich dem Abbildungsmaßstab M der
Optik und der Gitterkonstanten g des als Ortsfrequenzfilter
dienenden Diodenarrays abhängt. Während mit einem
einzigen Diodenarray nur eindimensionale Bewegungen exakt
erfaßbar sind, gestatten zwei, im Winkel zueinander ausgerichtete
Diodenarrays, Bewegungen sowohl hinsichtlich
des Weges als auch des Winkels zu erfassen.
An die mit den Wegsensoren erzielte Genauigkeit wird bei
dem beschriebenen Verfahren keine extrem hohe Langstrecken-Anforderung
gestellt, da fahrstreckenabhängige
Ortungsfehler durch Vergleich mit einem elektronisch
gespeicherten Straßenplan ständig korrigiert werden.
Soll jedoch ein Protokoll der Bewegung eines Fahrzeugs
erstellt werden, das auch bei fehlender Straßenplanstützung
exakte Angaben über den Streckenverlauf aufnehmen
soll, reicht die allein aus der konstruktiven Ausgestaltung
der Wegsensoren berechnete Beziehung zwischen den
abgegebenen Pulsen und entsprechenden Winkel- und Weginkrementen
nicht mehr aus.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein
Verfahren zur Erfassung der Bewegung eines Fahrzeugs über
einer Fläche dahingehend zu verbessern, daß unabhängig von
konstruktiven Fertigungs- oder Einbautoleranzen eine
extrem hohe Genauigkeit der Winkel- und Wegmessung
erzielt werden kann.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 durch die im Kennzeichen angegebenen
Merkmale gelöst.
Eine erste Maßnahme besteht darin, die Abweichungen der
gezählten Pulse der beiden Wegsensoren bei einer Geradeausbewegung
zu ermitteln und zu korrigieren.
Hierdurch lassen sich Unsymmetrien in der Ausrichtung der
beiden Wegsensoren zur Fahrzeugachse sowie Fehler durch
unterschiedliche Abstände der Sensorelemente ausgleichen.
Bei einer folgenden Maßnahme wird dann eine Bewegung
entlang eines Bogens um einen vorgegebenen Winkel vorgenommen.
Dabei wird die Entsprechungsgröße für Winkelinkremente
als das diesem Winkel entsprechende Verhältnis
oder die Differenz der von den Wegsensoren erzeugten und
bereits korrigierten Zahlen der Pulse ermittelt.
Dieser Vorgang entspricht einer Winkelkalibrierung über
alles. Es wird hier also meßtechnisch der Zusammenhang
zwischen der konstruktiv bedingten Pulsfolge der Wegsensoren
und dem tatsächlichen Winkel hergestellt, damit er
bei der späteren Bewegungserfassung als exakte
Entsprechungsgröße dienen kann.
Als dritte Maßnahme wird schließlich eine Bewegung
entlang einer Strecke vorgegebener Länge vorgenommen. Die
Entsprechungsgröße für Weginkremente wird dann als der
durch einen aus einer Verknüpfung der von beiden Wegsensoren
erzeugten und korrigierten Zahlen der Pulse gewonnener
Wert ermittelt.
Hierdurch ergibt sich eine Längenkalibrierung, die wegen
der zuvor durchgeführten Winkelkalibrierung nicht auf
geradlinige Probestrecken beschränkt sein muß.
Durch die vorgenannten Maßnahmen in der beschriebenen
Reihenfolge wird also eine schrittweise, aufeinander
aufbauende Gewinnung von Entsprechungsgrößen erreicht.
Die Winkelinkremente sind nicht nur auf kleine Werte
beschränkt, wie sie bei normaler Kurvenfahrt auftreten
würden. Vielmehr sehen Weiterbildungen vor, daß korrelierte
phasenverschobene Pulsfolgen gewonnen werden und
aus dem Vorzeichen der Phasenverschiebung die Bewegungsrichtung
ermittelt wird.
Weiterhin kann bei festgelegten Grenzwerten der erzeugten
Pulse derjenige Wegsensor ermittelt werden, der zuerst
den Grenzwert erreicht hat, und aus dieser gefundenen
Zuordnung die Bewegungsrichtung ermittelt werden.
Auf diese Weise läßt sich zunächst der Quadrant festlegen,
in dem der Bewegungsvektor liegt, und in einem
weiteren Schritt auch das zutreffende Achtelsegment im
Koordinatensystem.
Nach dieser groben Festlegung des Winkelinkrements kann
die exakte Bestimmung dann mit der zuvor ermittelten
Entsprechungsgröße erfolgen.
Die Erfindung betrifft ferner eine Bewegungserfassungsvorrichtung
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 8.
Diesbezüglich liegt ihr die Aufgabe zugrunde, eine
Bewegungserfassungsvorrichtung dahingehend zu verbessern,
daß unabhängig von konstruktiven Fertigungs- oder
Einbautoleranzen eine extrem hohe Genauigkeit der Winkel-
und Wegmessung erzielbar ist.
Diese Aufgabe wird bei einer Bewegungserfassungsvorrichtung
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 8 durch die im
Kennzeichen angegebenen Merkmale gelöst.
Hierbei sind mehrere Speicher vorgesehen, in denen Korrekturwerte
sowie Entsprechungsgrößen gespeichert werden
können, um eine individuelle Anpassung an die konstruktiven
Gegebenheiten zu ermöglichen. Die Gewinnung der
Korrekturwerte und Entsprechungsgrößen erfolgt zweckmäßig
anhand der vorbeschriebenen Verfahrensschritte.
Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der
Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der weiteren
Beschreibung und der Zeichnung, die Ausführungsbeispiel
veranschaulicht.
In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 einen Prinzipaufbau einer für die Erfindung
geeigneten Wegsensoranordnung.
Fig. 2 eine Skizze zur logischen Unterscheidung
der Bewegungsrichtungen,
Fig. 3 Pulsdiagramme phasenverschobener Pulse der
Wegsensoranordnung und
Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Bewegungserfassungsvorrichtung.
Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer für die
Erfindung geeigneten Wegsensoranordnung. Es handelt sich
hier um eine optische Wegsensoranordnung zur berührungslosen
Ermittlung von Relativbewegungen über einer rauhen
Oberfläche. Die dargestellte Wegsensoranordnung umfaßt
ein erstes Diodenarray 10, ein zweites Diodenarray 12,
eine Kreuzspaltblende 16 mit Spalten 18 und 20, einen
Umlenkspiegel 22 sowie ein Objektiv 14.
Die Diodenarrays 10 und 12 bestehen aus einem Gitter aus
äquidistant angeordneten, streifenförmigen Photodioden.
Die Anschlüsse der Dioden sind mit hier nicht dargestellten
Meßverstärkern verbunden, die den Photostrom verstärken
und einer Auswerteschaltung zuführen.
Jedes Diodenarray ermöglicht für sich nur eine eindimensionale
Erfassung von Bewegungen. Durch zwei im Winkel
seitlich gegeneinander verdrehte Diodenarrays 10 und 12
lassen sich auch zweidimensionale Bewegungen erfassen.
Dabei sind die Diodenarrays 10 und 12 unter einem festen
Winkel, vorzugsweise 90 Grad, zueinander ausgerichtet, so
daß der Bewegungsvektor in seinen cos- und sin-bewerteten
Teilvektoren von den Arrays gemessen wird. Bei Geradeausfahrt,
wie in Bild 1 dargestellt, wird der Bewegungsvektor
auf die Diodenarrays unter jeweils 45 Grad abgebildet,
so daß beide gleiche Anteile messen (sin 45°=cos
45°).
Zur Abbildung der im unteren Teil der Zeichnung dargestellten
Straßenoberfläche 24 auf die beiden Diodenarrays
dient die gemeinsame Optik 14. Hiermit alleine könnte
aber nur bei einer einzigen Gegenstandsweite eine scharfe
Abbildung der Straßenoberfläche 24 auf den Diodenarrays
10 und 12 erzielt werden. Bei Änderung der Gegenstandsweite
würden sowohl die Schärfe der Abbildung als auch
der Abbildungsmaßstab Änderungen unterworfen.
Zur Erzielung eines konstanten Abbildungsmaßstabes innerhalb
eines gewissen Variationsbereichs der Gegenstandsweite
dienen Blenden, die zwischen die Optik 14 und die
Diodenarrays 10 und 12 eingefügt sind. Diese haben die
Gestalt einer Kreuzspaltblende 16, welche zwei senkrecht
aufeinander stehende Spalten 18 und 20 umfaßt.
Dabei ist der Spalt 18 dem Diodenarray 10 und der Spalt
20 dem Diodenarray 12 zugeordnet. Die Spalten sind also
jeweils im Strahlengang parallel zu den einzelnen in
Gitterstruktur aneinandergereihten Dioden der Diodenarrays
10 und 12 ausgerichtet. Um den Strahlengang zu den
beiden Diodenarrays 10 und 12 aufzuteilen, ist über dem
Spalt 18 ein Umlenkspiegel 22 angeordnet, der das durch
den Spalt 18 fallende Licht auf das Diodenarray 10 wirft
und das durch den Spalt 20 fallende Licht geradlinig zum
Diodenarray 12 durchläßt.
Durch die konstruktive Ausgestaltung der Kreuzspaltblende
16 mit dem Umlenkspiegel 22 gelingt eine nahezu verlustfreie
Aufteilung des Lichtes auf die beiden Diodenarrays
10 und 12.
Fig. 2 zeigt eine Skizze zur logischen Unterscheidung der
Bewegungsrichtungen. Zwei zur Aufnahme der Bewegungen
dienende Wegsensoren 10 und 12, z. B. die Diodenarrays aus
Fig. 1, sind in der Abbildungsebene jeweils unter 45° zur
Fahrzeugachse angeordnet. Der Wegsensor B erfaßt bei
Vorwärtsbewegung somit den unter 45° liegenden Teilvektor
und der Wegsensor A den unter 315° liegenden Teilvektor.
Unter der Annahme, daß beide Wegsensoren exakt identisch
aufgebaut sind und auch eine exakte Ausrichtung zur
Fahrzeugachse unter jeweils 45° eingestellt ist, so
liegen die geometrischen Orte, die einer gleichen Anzahl
der von den Wegsensoren A und B abgegebenen Pulse
entsprechen, auf den Achsen eines rechtwinkligen
Koordinatensystems mit gleichem Abstand zum Mittelpunkt.
Die geometrischen Orte bei unterschiedlichen Pulsen
würden unter Berücksichtigung der trigonometrischen
Funktionen auf einem durch die geometrischen Orte der
Koordinatenachsen liegenden Kreis liegen.
In der Praxis ist dies jedoch nicht der Fall, vielmehr
verursachen unterschiedliche Abstände der Sensorpaare der
Wegsensoren, eine von 90° abweichende Stellung der
Wegsensoren zueinander sowie eine von 45° abweichende
Stellung zur Fahrzeugachse Fehler, die die erwähnte
Ortskurve verformen. Durch eine Kalibrierung unter
Einbeziehung beider Wegsensoren gelingt es in mehreren
Verfahrensschritten, Meßfehler auszugleichen und eine
exakte Entsprechung der gezählten Pulse zu zurückgelegten
Winkelinkrementen und Weginkrementen herzustellen.
Bei einem ersten Verfahrensschritt erfolgt eine
Symmetrierung der beiden Wegsensoren A und B, wodurch
einmal eine Abweichung der Ausrichtung zur Fahrzeugachse
als auch unterschiedliche Abstände der Sensorelemente
ausgeglichen werden.
Das Fahrzeug wird hierzu entlang seiner Fahrzeugachse
geradeausbewegt, wobei der Betrag der zurückgelegten
Strecke zunächst unwesentlich ist. Bei identischen
Wegsensoren und exakter Ausrichtung müßte die Anzahl der
von beiden Wegsensoren abgegebenen Pulse gleich sein. Ist
dies nicht der Fall, so werden die gezählten Pulse
korrigiert. Dies kann z. B. dadurch geschehen, daß zur
Pulsfolge des Wegsensors mit dem niedrigeren Wert die
Differenz der beiden Werte zuaddiert wird. Ebenso ist
natürlich auch eine Subtraktion der Differenz von der
Pulszahl des Wegsensors mit dem höheren Wert möglich oder
eine Mitteilung beider Pulszahlen.
Der bei diesem ersten Verfahrensschritt gewonnene
Korrekturwert wird nun bei den folgenden
Verfahrensschritten mit berücksichtigt, so daß die in
diesen Verfahrensschritten ermittelten
Entsprechungsgrößen dann ohne spätere eigene Korrektur
für die Bewegungserfassung verwertet werden können.
Als zweiter Verfahrensschritt wird eine Bewegung entlang
eines Bogens um einen vorgegebenen Winkel vorgenommen, um
eine Entsprechungsgröße für Winkelinkremente zu gewinnen.
Zweckmäßig wird die Bewegung entlang einem geschlossenen
Bogen von 360° vorgenommen, da der zurückgelegte Winkel
am einfachsten bestimmbar ist, wenn die Ausgangs- und die
Endausrichtung identisch sind. Der beschriebene Bogen muß
kein idealer Kreisbogen sein, es kommt lediglich auf das
Kriterium an, daß der eingeschlagene Winkel exakt
verifizierbar ist.
Die Zahl der erzeugten Pulse der beiden Wegsensoren
unterscheidet sich bei einer Bewegung im Bogen und aus
dem Verhältnis der Pulse oder auch der Differenz bei
vorgegebener Strecke ergibt sich eine Entsprechungsgröße
zwischen dem Winkel einerseits und der Pulsdifferenz oder
dem Pulsverhältnis andererseits. Bei der Ermittlung der
Pulszahlen werden hier die bereits im ersten
Verfahrensschritt gewonnenen Korrekturwerte
berücksichtigt, so daß es also unerheblich ist, in welche
Richtung der Bogen eingeschlagen wird.
In einem dritten Verfahrensschritt wird nun eine
Streckenkalibrierung vorgenommen. Dazu wird das Fahrzeug
um eine Strecke vorgegebener Länge bewegt. Aus der
Verknüpfung der von beiden Wegsensoren erzeugten und
korrigierten Zahlen der Pulse wird die Entsprechungsgröße
für Weginkremente ermittelt.
Handelt es sich um eine gerade Strecke, bei der die
korrigierten Zahlen der Pulse beider Wegsensoren gleich
sind, so ist die Entsprechungsgröße praktisch die
Streckenlänge dividiert durch die Anzahl der erzeugten
Pulse. Bei nicht geradelinigen Strecken erhält man die
Entsprechungsgröße, indem auch die im zweiten
Verfahrensschritt ermittelte Entsprechungsgröße für
Winkelinkremente berücksichtigt und einbezogen wird.
Nach Abschluß der drei Verfahrensschritte sind die
erforderlichen Entsprechungsgrößen gefunden, um eine
Bewegung eines Fahrzeugs über einer Ebene exakt zu
erfassen, allerdings mit der Einschränkung, daß keine
extremen Richtungsänderungen der Bewegung erfolgen.
Innerhalb eines Bereichs von +/- 45° zur Vorwärtsrichtung
sind die so ermittelten Werte noch eindeutig.
Um auch Bewegungen in andere Richtung eindeutig erkennen
zu können, sind noch weitere Unterscheidungskriterien
nötig.
Als Entscheidungskriterien für eine Vorwärts-, Rückwärts-
oder Seitwärtsbewegung eignen sich korrelierte
phasenverschobene Pulsfolgen, die gewonnen werden können,
wenn die Sensorelementenpaare einen geringeren Abstand als
die das Sensorsignal auslösenden Signalgeber aufweisen.
Die das Sensorsignal auslösenden Signalgeber sind hier
die Abstände der Strukturmerkmale der Straßenoberfläche.
Bei einer Bewegung ergeben sich z. B. Pulsfolgen des
Wegsensors A und des Wegsensors B, wie sie in Fig. 3
dargestellt sind. Die oberen beiden Pulsfolgen für den
Wegsensor A stellen z. B. eine positive
Phasenverschiebung dar, während die unteren beiden
Pulsfolgen eine negative Phasenverschiebung bilden.
Werden die insgesamt vier möglichen Variationen der
Pulsfolgen ausgewertet, so ergibt sich ein erster
Quadrant, in dem die Vorzeichen von A und B beide positiv
sind. Innerhalb eines zweiten Quadranten ist das
Vorzeichen von A positiv und von B negativ. Dies
entspricht einer Seitwärtsbewegung nach rechts. In einem
dritten Quadranten sind die Vorzeichen von A und B beide
negativ, dies entspricht einer Rückwärtsbewegung.
Schließlich ist in einem vierten Quadranten das
Vorzeichen von A negativ und von B positiv. Dies
entspricht einer Seitwärtsbewegung nach links.
Durch ein weiteres Unterscheidungskriterium lassen sich
die auf diese Weise bestimmten Quadranten noch einmal
halbieren, wodurch Achtelsektoren von jeweils 45°
entstehen.
Hierfür wird in regelmäßigen Abständen derjenige
Wegsensor ermittelt, dessen Anzahl der Pulse zuerst einen
festgelegten Grenzwert erreicht. Aus der gefundenen
Zuordnung läßt sich so die Bewegungsrichtung ermitteln.
Die Kombination der beiden Kriterien führt dann zur
Festlegung von Achtelsegmenten im Koordinatensystem gemäß
folgender Tabelle.
a. Vorzeichen Wegsensor A =+ und B =+ | |
315° bis 45° | |
b. Vorzeichen Wegsensor A =+ und B =- | 45° bis 135° |
c. Vorzeichen Wegsensor A =- und B =+ | 225° bis 315° |
d. Vorzeichen Wegsensor A =- und B =- | 135° bis 225° |
a. Grenzwert von A zuerst erreicht | 0° bis 45° |
Grenzwert von B zuerst erreicht | 315° bis 0° |
b. Grenzwert von A zuerst erreicht | 45° bis 90° |
Grenzwert von B zuerst erreicht | 90° bis 135° |
c. Grenzwert von A zuerst erreicht | 225° bis 270° |
Grenzwert von B zuerst erreicht | 270° bis 315° |
d. Grenzwert von A zuerst erreicht | 180° bis 225° |
Grenzwert von B zuerst erreicht | 135° bis 180° |
Innerhalb des betreffenden Achtelsegments kann das
Winkelinkrement dann anhand des Verhältnisses oder der
Differenz der von den Winkelsensoren erzeugten und
korrigierten Zahlen der Pulse in Verbindung mit der
ermittelten Entsprechungsgröße für Winkelinkremente exakt
bestimmt werden. So läßt sich für jede mögliche
Bewegungsrichtung die Bewegung des Fahrzeugs eindeutig
und exakt erfassen.
Fig. 4 zeigt schließlich ein Blockschaltbild einer
Bewegungserfassungsvorrichtung mittels der in Fig. 1
beschriebenen Wegsensoren.
Die Vorrichtung umfaßt einen Rechner, dem die von Zählern
36 und 38 gezählten Pulse der Wegsensoren 10 und 12
zugeführt werden. Der Rechner ist mit einem ersten
Speicher 28 für Korrekturwerte verbunden, um den die
gezählten Pulse der beiden Wegsensoren 10 und 12
korrigiert werden. Mit den im ersten Speicher 28
gespeicherten Korrekturwerten wird also eine
Symmetrierung der Meßwerte der beiden Wegsensoren 10 und
12 erreicht.
In einem zweiten Speicher 30 sind Entsprechungsgrößen für
Winkelinkremente und in einem dritten Speicher 32
Entsprechungsgrößen für Weginkremente gespeichert. Die
Entsprechungsgrößen für Winkelinkremente können im Zuge
einer Kalibrierung erzeugt werden, indem eine Bewegung
entlang eines Bogens um einen vorgegebenen Winkel
vorgenommen wird und das diesem Winkel entsprechende
Verhältnis oder die Differenz der von den Wegsensoren
erzeugten und korrigierten Zahlen der Pulse ermittelt
wird.
Die im dritten Speicher 32 gespeicherten
Entsprechungsgrößen für Weginkremente lassen sich
gewinnen, indem eine Bewegung entlang einer Strecke
vorgegebener Länge vorgenommen wird und die durch aus
einer Verknüpfung der von beiden Wegsensoren erzeugten
und korrigierten Zahlen der Pulse gewonnene Wert
ermittelt wird.
Bei der Erfassung der Fahrzeugbewegung werden dann die
von den Wegsensoren 10 und 12 erzeugten Pulse zunächst
mit den im Speicher 28 gespeicherten Werten korrigiert
und dann mit den in den Speichern 30 und 32 gespeicherten
Winkelinkrementen und Weginkrementen bewertet und so der
zurückgelegte Streckenverlauf bestimmt. Die Steuerung des
Rechners 26 während der Kalibrierung und der späteren
Erfassung der Bewegung erfolgt mit einem im
Programmspeicher 34 gespeicherten Programm. Die im Zuge
einer Bewegung des Fahrzeugs ermittelten Ergebnisse können
ausgegeben oder auch in einem Protokollspeicher 40 zur
späteren Auswertung gespeichert werden.
Der Rechner 26 ermöglicht ferner die Bestimmung der
Vorzeichen aus der Phasenverschiebung der korrelierten
Pulsfolgen und auch die Ermittlung desjenigen Zählers 36
oder 38, der jeweils einen festgelegten Grenzwert zuerst
erreicht. Auf diese Weise wird die Grobbestimmung der
Achtelsegmente im Koordinatensystem vorgenommen.
Claims (12)
1. Verfahren zur Erfassung der Bewegung eines Fahrzeugs
über einer Fläche mittels jeweils eindimensionaler
Wegsensoren, vorzugsweise optischer Gitter zur Ermittlung
von Relativbewegungen über einer statistisch rauhen
Oberfläche, die so angeordnet sind, daß eine Bewegung des
Sensorträgers Folgen von Pulsen derart erzeugt, daß eine
Veränderung der Bewegungsrichtung in den Pulsraten
abgebildet wird, wobei die von den Wegsensoren erzeugten
Pulsfolgen gezählt und in Winkelinkremente und
Weginkremente umgerechnet werden, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Gewinnung von Entsprechungsgrößen zwischen den
Pulsen der Wegsensoren einerseits sowie Winkelinkrementen
und Weginkrementen andererseits zuerst die Abweichungen
der gezählten Pulse der beiden Wegsensoren bei einer
Geradeausbewegung ermittelt und korrigiert werden, daß
dann eine Bewegung entlang eines Bogens um einen
vorgegebenen Winkel vorgenommen wird und die
Entsprechungsgröße für Winkelinkremente als das diesem
Winkel entsprechende Verhältnis oder die Differenz der
von den Wegsensoren erzeugten und bereits korrigierten
Zahlen der Pulse ermittelt wird und daß schließlich eine
Bewegung entlang einer Strecke vorgegebener Länge
vorgenommen wird und die Entsprechungsgröße für
Weginkremente als der durch einen aus einer Verknüpfung
der von beiden Wegsensoren erzeugten und korrigierten
Zahlen der Pulse gewonnene Wert ermittelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß durch Verwendung von Wegsensoren, deren Sensorelementepaare
einen geringeren Abstand als die das Sensorsignal
auslösenden Signalgeber aufweisen, korrelierte phasenverschobene
Pulsfolgen gewonnen werden und aus dem Vorzeichen
der Phasenverschiebung die Bewegungsrichtung ermittelt
wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß durch gemeinsame Auswertung der korrelierten phasenverschobenen
Pulsfolgenpaare beider Wegsensoren derjenige
Quadrant ermittelt wird, in dem der Bewegungsvektor
liegt.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1
bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei festgelegten
Grenzwerten der erzeugten Pulse derjenige Wegsensor ermittelt
wird, der zuerst den Grenzwert erreicht hat, und daß
aus dieser gefundenen Zuordnung die Bewegungsrichtung
ermittelt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet,
daß aus der gemeinsamen Auswertung der korrelierten
phasenverschobenen Pulsfolgenpaare beider Wegsensoren
und der Ermittlung des Wegsensors, der zuerst den
festgelegten Grenzwert erreicht hat, dasjenige Achtelsegment
im Koordinatensystem ermittelt wird, in dem der
Bewegungsvektor liegt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß bei jeweils um 45° zur Fahrzeugachse verdrehten
Wegsensoren das Achtelsegment im Koordinatensystem, in
dem der Bewegungsvektor liegt, nach folgender Tabelle
ermittelt wird:
a. Vorzeichen Wegsensor A =+ und B =+
315° bis 45°
b. Vorzeichen Wegsensor A =+ und B =- 45° bis 135°
c. Vorzeichen Wegsensor A =- und B =+ 225° bis 315°
d. Vorzeichen Wegsensor A =- und B =- 135° bis 225°
a. Grenzwert von A zuerst erreicht 0° bis 45°
Grenzwert von B zuerst erreicht 315° bis 0°
b. Grenzwert von A zuerst erreicht 45° bis 90°
Grenzwert von B zuerst erreicht 90° bis 135°
c. Grenzwert von A zuerst erreicht 225° bis 270°
Grenzwert von B zuerst erreicht 270° bis 315°
d. Grenzwert von A zuerst erreicht 180° bis 225°
Grenzwert von B zuerst erreicht 135° bis 180°
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß innerhalb jedes Achtelsegmentes das Winkelinkrement
aus dem Verhältnis oder die Differenz der von den Wegsensoren
erzeugten und korrigierten Zahlen der Pulse in
Verbindung mit der vorher ermittelten Entsprechungsgröße
für Winkelinkremente bestimmt wird.
8. Bewegungserfassungsvorrichtung, insbesondere für die
Erfassung der Bewegung eines Fahrzeugs über einer Ebene,
welche zwei, jeweils eindimensionale Pulsfolgen
erzeugende Wegsensoren (10, 12), vorzugsweise optische
Gitter zur Ermittlung von Relativbewegungen über einer
statistisch rauhen Oberfläche (24), die so angeordnet
sind, daß eine Bewegung des Sensorträgers Folgen von
Pulsen derart erzeugt, daß eine Veränderung der
Bewegungsrichtung in den Pulsraten abgebildet wird, sowie
einen Rechner (26) umfaßt, wobei die erzeugten Pulsfolgen
im Rechner (26) gezählt und in Winkelinkremente und
Weginkremente umgerechnet werden, dadurch gekennzeichnet,
daß ein erster Speicher (28) für Korrekturwerte
vorgesehen ist, um die gezählten Pulse der beiden
Wegsensoren (10, 12) korrigiert werden, wobei die
Korrekturwerte aus den Abweichungen der gezählten Pulse
der beiden Wegsensoren (10, 12) bei einer Geradeausbewegung
ermittelt sind, daß zwei weitere Speicher (30, 32)
für Entsprechungsgrößen zwischen den Pulsen der Wegsensoren
(10, 12) einerseits sowie Winkelinkrementen und
Weginkrementen andererseits vorgesehen sind, wobei eine
im zweiten Speicher (30) gespeicherte Entsprechungsgröße
für Winkelinkremente gewonnen ist, indem eine Bewegung
entlang eines Bogens um einen vorgegebenen Winkel vorgenommen
wurde und das diesem Winkel entsprechende Verhältnis
oder die Differenz der von den Wegsensoren (10, 12)
erzeugten und bereits korrigierten Zahlen der Pulse
ermittelt wurde und wobei eine im dritten Speicher (32)
gespeicherte Entsprechungsgröße für Weginkremente gewonnen
ist, indem eine Bewegung entlang einer Strecke vorgegebener
Länge vorgenommen wurde und als der durch einen
aus einer Verknüpfung der von beiden Wegsensoren (10, 12)
erzeugten und korrigierten Zahlen der Pulse gewonnene
Wert ermittelt wurde.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß Sensorelementepaare der Wegsensoren (10, 12) einen
geringeren Abstand als die das Sensorsignal auslösenden
Signalgeber aufweisen, und daß in einem Programmspeicher
(34) des Rechners (26) ein Programm gespeichert ist,
mit dem aus den korrelierten phasenverschobenen Pulsfolgen
der Wegsensoren (10, 12) über das Vorzeichen der
Phasenverschiebung die Bewegungsrichtung ermittelt wird.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet,
daß jedem Wegsensor (10, 12) ein Pulszähler
(36, 38) zugeordnet ist, der bei festgelegten Grenzwerten
ein Auslösesignal abgibt, und daß im Programmspeicher
(34) des Rechners (26) ein Programm gespeichert ist,
mit dem über den zuerst auslösenden Pulszähler (36, 38)
die Bewegungsrichtung ermittelt wird.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeichnet,
daß im Programmspeicher (34) des Rechners (26)
ein Programm gespeichert ist, mit dem durch gemeinsame
Auswertung der korrelierten phasenverschobenen Pulsfolgenpaare
beider Wegsensoren (10, 12) und des zuerst
auslösenden Pulszählers (36, 38) dasjenige Achtelsegment
im Koordinatensystem ermittelt wird, in dem der Bewegungsvektor
liegt und mit dem über die Entsprechungsgröße
für Winkelinkremente der exakte Winkel innerhalb des
Achtelsegments bestimmbar ist.
12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 8
bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Protokollspeicher
(40) für die Winkel- und Weginkremente vorgesehen
ist.
Priority Applications (1)
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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1990
- 1990-06-07 DE DE19904018189 patent/DE4018189C2/de not_active Expired - Fee Related
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8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: DATRON-MESSTECHNIK GMBH, 35641 SCHOEFFENGRUND, DE |
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D2 | Grant after examination | ||
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