DE4034846A1

DE4034846A1 - Detecting vehicle motion over surface for navigation - evaluating signal patterns obtained from one-dimensional displacement sensors by comparison with stored patterns

Info

Publication number: DE4034846A1
Application number: DE19904034846
Authority: DE
Inventors: Friedrich Dipl Ing Widmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1990-11-02
Filing date: 1990-11-02
Publication date: 1992-05-07

Abstract

The motion of a vehicle is detected using single dimension displacement sensors arranged to produce pulse signals as a sensor carrier moves over surfaces formed in the sensors. Basic elements contg. angle and displacement increments are derived from the series of pulses. Signal patterns obtained from the pulse series are compared with stored patterns and weighted for association with basic elements. Signal patterns corresp. to the base elements are determined in a previous learning phase and stored with error correction weighting factors. USE/ADVANTAGE - For use in vehicle navigation. Enables accurate angle and distance measurement irrespective of construction, manufacturing or installation tolerances.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung der Bewegung eines Fahrzeugs über einer Fläche nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method for detecting the Movement of a vehicle over an area after the Preamble of claim 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 zu einer statistisch rauhen Oberfläche auftretenden Ortsfrequenzen ausgewertet werden.From "Bosch Technical Reports", 8 (1986 / -) Issue 1/2, Pages 57 to 65 it is known to position sensors in the Use dead reckoning as you can with these devices Let path increments be recorded much more precisely than through the wheel circulation. Instead of the bike-road contact the path becomes the relative movement Road surface detected without contact by the at Relative movement to a statistically rough surface occurring spatial frequencies are evaluated.

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.With an arrangement suitable for path detection, the moving, structured and if necessary illuminated Area, so when used in vehicles Road surface, through a lens on an optical Sensor shown. This can e.g. B. from a grid equidistantly arranged, strip-shaped photodiodes, a so-called diode array and then has filter properties at the same time. The photocurrent of this Diode arrays have a preferred frequency that directly proportional to the relative speed between Measuring device and road surface is.

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.Assuming that the image of the road surface is composed of sinusoidal brightness distributions of different wavelengths with initially equally large amplitudes, the photocurrent generated by each wave train has the frequency in an unstructured receiver: f = M _* v / Lamda.

Darin bedeutet M der Abbildungsmaßstab der Optik, v die Relativgeschwindigkeit und Lamda die Wellenlänge der Helligkeitsverteilung.M means the image scale of the optics, v the Relative speed and Lamda the wavelength of the Brightness distribution.

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.It can be demonstrated that certain local wavelengths contribute to an increase in the photocurrent in the diode array. These are local wavelengths in which the grating constant of the diode array is an odd multiple of the local wavelength. In the first order maximum, the wavelength lambda is equal to the grating constant g and the frequency of the photocurrent results in: 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.From this equation it follows that proportionality between speed v and output frequency f only from apparatus sizes, namely the magnification M of the Optics and the lattice constant g des as Depending on spatial frequency filter serving diode arrays. While with a single diode array only allow one-dimensional movements to be recorded precisely two diode arrays aligned at an angle to each other, Movements in both the way and the Angle.

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.The accuracy achieved with the displacement sensors is used for the method described is not extremely high Long-distance request made because route-dependent location errors by comparison with an electronically stored street map Getting corrected.

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.However, a log of a vehicle's movement is intended be created, even if missing Street map support exact information about the If you want to record the route, that is enough from the constructive design of the displacement sensors calculated Relationship between the delivered pulses and corresponding angle and path increments no longer.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erfassung der Bewegung eines Fahrzeugs über einer Fläche dahingehen zu verbessern, daß unabhängig von konstruktiven, Fertigungs- oder Einbautoleranzen eine extrem hohe Genauigkeit der Winkel- und Wegmessung erzielt werden kann.The invention is therefore based on the object Method for detecting the movement of a vehicle to improve an area that regardless of constructive, manufacturing or installation tolerances extremely high accuracy of angle and displacement measurement can be achieved.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die im Kennzeichen angegebenen Merkmale gelöst.This task is carried out in a procedure according to Preamble of claim 1 by the in the mark specified features solved.

Die Erfindung beruht auf der Überlegung, daß bei einer gleichmäßigen Bewegung, sei es auf einer geraden oder gekrümmten Bahn, die Pulsfolgen der Wegsensoren in einem sich wiederholenden Zyklus auftreten. Greift man nun einen Zyklus heraus und "friert" die aufgetretenen Pulsfolgen ein, so ergibt sich ein Signalmuster, das für die beschriebene Bahn charakteristisch ist und dabei einen Abschnitt dieser Bahn, nämlich ein Grundelement beschreibt. Bei unterschiedlichen Richtungen von einem Ursprung aus treten deshalb unterschiedliche Signalmuster auf.The invention is based on the consideration that at a smooth movement, be it on a straight line or curved path, the pulse trains of the displacement sensors in one repeating cycle occur. Now grab one one cycle out and "freezes" those that have occurred A pulse sequence results in a signal pattern that for the path described is characteristic and thereby a section of this path, namely a basic element describes. With different directions from one Different signal patterns therefore originate from on.

Diese Erkenntnis nutzt die Erfindung aus, indem nun einem bestimmten Signalmuster, das aus Pulsfolgen ermittelt wurde, im Umkehrschluß ein Grundelement aus einer Vielzahl möglicher Grundelemente zugewiesen wird. Dies läßt sich durch Vergleich mit gespeicherten Signalmustern und somit ohne erheblichen Rechenaufwand durchführen. Das Verfahren arbeitet daher besonders schnell und läßt sich auch bei hohen Bewegungsgeschwindigkeiten eines Fahrzeugs anwenden.The invention makes use of this knowledge by providing one certain signal pattern, which is determined from pulse sequences was, in reverse, a basic element from a Many possible basic elements are assigned. This can be compared to stored signal patterns and thus perform without significant computing effort. The The process therefore works particularly quickly and can be even at high vehicle speeds apply.

Da Fertigungstoleranzen der Wegsensoren, des Sensorträgers sowie eine ungenaue Ausrichtung des Sensorträgers zur Fahrzeugachse zu Abweichungen des theoretischen Zusammenhangs zwischen einem Signalmuster und einem Grundelement führen, wird eine Korrektur vorgenommen, indem das ermittelte Signalmuster mit einem Bewertungsfaktor bewertet wird. Dieser Bewertungsfaktor wird zuvor für die im Fahrzeug bereits eingebaute Anordnung aus Wegsensoren und Auswerteelektronik individuell ermittelt und dauerhaft gespeichert. Since manufacturing tolerances of the displacement sensors, the Sensor carrier and an inaccurate alignment of the Sensor carrier to the vehicle axis to deviations of the theoretical relationship between a signal pattern and a basic element will result in a correction made by the determined signal pattern with a Evaluation factor is evaluated. This evaluation factor is previously installed in the vehicle Arrangement of displacement sensors and evaluation electronics individually determined and stored permanently.

Hierbei werden eine Vielzahl von Grundelementen abgefahren und die sich ergebenden Signalmuster erfaßt. Die Anzahl der Grundelemente richtet sich danach, welche Genauigkeit unter Berücksichtigung der möglichen Auflösung der Meßanordnung erzielt werden soll.Here are a variety of basic elements traversed and the resulting signal pattern detected. The number of basic elements depends on which Accuracy considering the possible Resolution of the measuring arrangement is to be achieved.

Die Bewertungsfaktoren, die im Rahmen einer solchen Kalibrierung ermittelt werden, berücksichtigen alle Fehlereinflüsse unabhängig von ihrer Ursache. Neben linearen Fehlern, die durch ungenaue Justierung des Sensorträgers hervorgerufen werden, lassen sich auch nichtlineare Fehler erfassen und durch die Bewertung der Signalmuster mit den Bewertungsfaktoren kompensieren. Solche nichtlinearen Fehler entstehen durch mangelhafte Orthogonalität der beiden Wegsensoren auf dem Sensorträger oder durch verschiedene Geometrie der beiden Wegsensoren.The evaluation factors that are part of such Calibration are determined, consider all Error influences regardless of their cause. Next linear errors caused by inaccurate adjustment of the Sensor carrier are caused, can also capture nonlinear errors and by evaluating the Compensate signal patterns with the evaluation factors. Such nonlinear errors arise from defective ones Orthogonality of the two displacement sensors on the Sensor carrier or by different geometry of the two Displacement sensors.

Mit dem bewerteten Signalmuster ist innerhalb eines Quadranten eine genaue Zuordnung zu einem Grundelement möglich. Beschränkt man sich bei der Erfassung der Bewegung eines Fahrzeugs auf Vorwärtsfahrten mit üblichen Geradeaus- und Kurvenfahrten, so wäre stets eine eindeutige Protokollierung möglich. Wenn allerdings die Bewegung in allen vier Quadranten erfaßt werden soll, also auch seitliche Bewegungen und Rückwärtsfahrten einbezogen werden, kommt es zu Mehrdeutigkeiten. Dies liegt daran, daß sich bei Bewegung des Sensorträgers in einer Richtung und genau in umgekehrter Richtung die gleichen Signalmuster ergeben.With the evaluated signal pattern is within one Quadrants an exact assignment to a basic element possible. If you limit yourself to the capture of the Movement of a vehicle on forward runs with usual Straight ahead and cornering would always be one clear logging possible. If, however, the Movement is to be recorded in all four quadrants, thus also lateral movements and backward movements ambiguities arise. This is because when the sensor carrier moves in in one direction and exactly in the opposite direction result in the same signal pattern.

Um auch derartige Bewegungen richtig erfassen und entsprechende Grundelemente eindeutig zuordnen zu können, werden in Weiterbildung der Erfindung durch Verwendung von Wegsensoren, deren Sensorelementepaare einen geringeren Abstand als die das Sensorsignal auslösenden Signalgeber aufweisen, korrelierte phasenverschobene Pulsfolgen gewonnen. Aus dem Vorzeichen der Phasenverschiebung wird dann die Bewegungsrichtung ermittelt.To correctly grasp such movements and to be able to clearly assign corresponding basic elements, are in further development of the invention through use of displacement sensors, the sensor element pairs of which closer distance than the one that triggers the sensor signal Signalers have correlated phase-shifted Pulse sequences won. From the sign of the Phase shift then becomes the direction of movement determined.

Die Erfindung betrifft ferner eine Bewegungserfassungsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 8.The invention further relates to a Motion detection device according to the preamble of Claim 8.

Diesbezüglich liegt ihr die Aufgabe zugrunde, eine Bewegungserfassungsvorrichtung dahingehen zu verbessern, daß unabhängig von konstruktiven, Fertigungs- oder Einbautoleranzen eine extrem hohe Genauigkeit der Winkel und Wegmessung erzielbar ist.In this regard, it is based on the task, one To improve motion detection device that regardless of constructive, manufacturing or Installation tolerances an extremely high accuracy of the angles and distance measurement can be achieved.

Diese Aufgabe wird bei einer Bewegungserfassungsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 8 durch die im Kennzeichen angegebenen Merkmale gelöst.This task is at a Motion detection device according to the preamble of Claim 8 by the features specified in the license plate solved.

Hierfür ist Serien-Parallel-Wandler vorgesehen, der Signalmuster der Pulsfolgen gewinnt und dem Rechner zuführt. In einem Speicher sind die Bewertungsfaktoren gespeichert, mit denen der Rechner die Signalmuster bewertet und ihnen die zutreffenden Grundelemente zuweist. Die Gewinnung der Bewertungsfaktoren erfolgt zweckmäßig anhand der vorbeschriebenen Verfahrensschritte.Series-parallel converter is provided for this purpose Signal pattern of the pulse trains wins and the computer feeds. The evaluation factors are in a memory saved with which the calculator uses the signal pattern evaluated and the relevant basic elements assigns. The evaluation factors are obtained expediently based on the above Procedural steps.

Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der weiteren Beschreibung und der Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel veranschaulicht.Further developments and advantageous refinements of Invention result from the claims, the others Description and the drawing, the one Embodiment illustrated.

In der Zeichnung zeigen:The drawing shows:

Fig. 1 einen Prinzipaufbau einer für die Erfindung geeigneten Wegsensoranordnung, Fig. 1 shows a basic structure of a suitable for the invention displacement sensor arrangement,

Fig. 2 eine Tabelle mit binären Signalmustern zur logischen Unterscheidung der Grundelemente verschiedener Bewegungsrichtungen, Fig. 2 shows a table with binary logic signal patterns to distinguish the basic elements of different directions of movement,

Fig. 3 Pulsdiagramme phasenverschobener Pulse der Wegsensoranordnung und Fig. 3 pulse diagrams of phase-shifted pulses of the displacement sensor arrangement and

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Bewegungserfassungsvorrichtung. Fig. 4 is a block diagram of a motion detection device.

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. Fig. 1 shows the basic structure of a position sensor suitable for the invention assembly. This is an optical displacement sensor arrangement for the contactless determination of relative movements over a rough surface. The displacement sensor arrangement shown comprises a first diode array 10 , a second diode array 12 , a cross-slit diaphragm 16 with columns 18 and 20 , a deflection mirror 22 and an objective 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.The diode arrays 10 and 12 consist of a grid of equidistantly arranged, strip-shaped photodiodes. The connections of the diodes are connected to measuring amplifiers, not shown here, which amplify the photocurrent and feed them to an evaluation circuit.

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 festem 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 Grad = cos 45 Grad) 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. Each diode array only allows one-dimensional detection of movements. Two-dimensional movements can also be detected by means of two diode arrays 10 and 12 that are rotated laterally at an angle to one another. The diode arrays 10 and 12 are aligned with one another at a fixed angle, preferably 90 degrees, so that the motion vector is measured by the arrays in its cos- and sin-weighted sub-vectors. When driving straight ahead, as shown in Figure 1, the motion vector is imaged onto the photodiode array by 45 degrees, so that the two equal portions measure (sin 45 degrees = cos 45 degrees) to the image of the road surface 24 shown in the lower part of the drawing the two The common optics 14 serve for diode arrays. With this alone, however, a sharp image of the road surface 24 on the diode arrays 10 and 12 could only be achieved with a single object width. If the object width were changed, both the sharpness of the image and the image scale would be subjected to changes.

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 Spalte 18 und 20 umfaßt.Apertures inserted between the optics 14 and the diode arrays 10 and 12 serve to achieve a constant imaging scale within a certain variation range of the object width. These have the shape of a cross-slit diaphragm 16 , which comprises two perpendicular slits 18 and 20 .

Dabei ist der Spalt 18 dem Diodenarray 10 und der Spalt 20 dem Diodenarray 12 zugeordnet. Die Spalte 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.The gap 18 is assigned to the diode array 10 and the gap 20 to the diode array 12 . The gaps are thus aligned in the beam path parallel to the individual diodes of the diode arrays 10 and 12 which are arranged in a lattice structure. In order to divide the beam path to the two diode arrays 10 and 12 , a deflecting mirror 22 is arranged above the gap 18 , which reflects the light falling through the gap 18 onto the diode array 10 and transmits the light falling through the gap 20 straight to the diode array 12 .

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.The constructive configuration of the cross-slit diaphragm 16 with the deflecting mirror 22 enables the light to be distributed almost without loss between the two diode arrays 10 and 12 .

Fig. 2 zeigt eine Tabelle mit binären Signalmustern zur logischen Unterscheidung der Grundelemente verschiedener Bewegungsrichtungen. Die Winkelabstufungen betragen 360 Grad mod 2ⁿ. Im Beispiel ergibt sich für jedes Grundelement ein Winkelbereich von 30 Grad. Alle Grundelemente besitzen gleiche Weginkremente von z. B. je 1 cm. Ein Signalmuster der dargestellten Art entsteht, wenn der Sensorträger mit den Wegsensoren unter einem bestimmten Winkel von einem Ursprung aus bewegt wird und man die Pulsfolge, die während der Weglänge des Grundelementes abgegeben wird, "einfriert". Fig. 2 shows a table of binary logic signal patterns to distinguish the basic elements of different directions of movement. The angular gradations are 360 degrees mod 2 ⁿ . In the example, there is an angular range of 30 degrees for each basic element. All basic elements have the same increments of z. B. 1 cm each. A signal pattern of the type shown arises when the sensor carrier with the displacement sensors is moved at a certain angle from an origin and the pulse train which is emitted during the path length of the basic element is "frozen".

Die in der Tabelle dargestellten Signalmuster sind in einem Speicher gespeichert und werden bei Bewegungen des Sensorträgers mit den aus den abgegebenen Pulsfolgen ermittelten Signalmustern verglichen. Wenn das im Speicher befindliche übereinstimmende Signalmuster gefunden wird, erfolgt nach einer Bewertung mit einem Bewertungsfaktor die Zuordnung zum zugehörigen Grundelement. Die Aneinanderfügung der Grundelemente ergibt dann die zurückgelegte Wegstrecke.The signal patterns shown in the table are in a memory and are stored when the Sensor carrier with the pulse sequences given off determined signal patterns compared. If that in Matching signal patterns in memory is found after an evaluation with a Evaluation factor the assignment to the associated Basic element. The joining of the basic elements then gives the distance covered.

Liefert z. B. der dem einen Sensor zugeordnete Zähler 1 eine Pulsfolge, die der hexadezimalen Zahl 7F entspricht, und der dem anderen Sensor zugeordnete Zähler 2 eine weitere Pulsfolge, die der hexadezimalen Zahl 3F entspricht (erste Zeile der Tabelle in Fig. 2), so wird die Richtung 000 Grad bis 030 Grad erkannt.Delivers z. For example, the counter 1 assigned to one sensor has a pulse sequence that corresponds to the hexadecimal number 7F, and the counter 2 assigned to the other sensor has another pulse sequence that corresponds to the hexadecimal number 3F (first line of the table in FIG. 2) the direction 000 degrees to 030 degrees detected.

In Fig. 2 sind der Vollständigkeit halber Signalmuster dargestellt, die bereits Grundelemente in allen vier Quadranten charakterisieren. Diese Signalmuster ergeben sich allerdings nicht ausschließlich aus den reinen Pulsfolgen, denn hierbei würde es in unterschiedlichen Quadranten zu Mehrdeutigkeiten kommen. Vielmehr sind in das Signalmuster bereits Bits eingefügt, die als Entscheidungskriterium für eine Vorwärts-, Rückwärts- oder Seitwärtsbewegung dienen. Für die Erzeugung solcher ergänzender Signalmuster eignen sich korrelierte phasenverschobene Pulsfolgen.For the sake of completeness, FIG. 2 shows signal patterns which already characterize basic elements in all four quadrants. However, these signal patterns do not result exclusively from the pure pulse sequences, since this would lead to ambiguities in different quadrants. Rather, bits are already inserted in the signal pattern, which serve as a decision criterion for a forward, backward or sideways movement. Correlated phase-shifted pulse sequences are suitable for generating such supplementary signal patterns.

Derartige Pulsfolgen können gewonnen werden, wenn die Sensorelementepaare 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.Such pulse sequences can be obtained if the sensor element pairs are at a smaller distance than the signal transmitters that trigger the sensor signal. The signal transmitters that trigger the sensor signal here are the distances between the structural features of the road surface. With a movement z. B. pulse trains of the displacement sensor A and the displacement sensor B, as shown in FIG. 3.

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 verschiedenen 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.Set the top two pulse trains for the travel sensor A. e.g. B. represents a positive phase shift while the lower two pulse trains a negative Form phase shift. If the total of four different variations of the pulse sequences evaluated, so results in a first quadrant in which the sign of A and B are both positive. Within a second Quadrant is the sign of A positive and B negative. This corresponds to a sideways movement right. The signs are in a third quadrant of A and B both negative, this corresponds to one Backward movement. Finally, in a fourth Quadrants the sign of A negative and of B positive. This corresponds to a sideways movement Left.

Fig. 4 zeigt schließlich ein Blockschaltbild einer Bewegungserfassungsvorrichtung mittels der in Fig. 1 beschriebenen Wegsensoren 10 und 12. Die von den Wegsensoren 10 und 12 abgegebenen Pulsfolgen gelangen zu Parallel-Serien-Wandlern 36 und 38, deren Ausgänge mit einem Rechner 26 verbunden sind und dem Rechner 26 Signalmuster liefern. Der Rechner 26 ist mit einem ersten Speicher 28 für gespeicherte Signalmuster und einem zweiten Speicher 30 für Bewertungsfaktoren verbunden. Alternativ ist ein dritter Speicher 30 dargestellt, der eine Vielzahl von Grundelementen enthält. Schließlich sind noch ein Programmspeicher 34 und ein Protokollspeicher 34 vorgesehen und mit dem Rechner 26 verbunden. Die Speicher 28, 30, 32, 34 und 40 können auch Bestandteile oder Speicherbereiche eines gemeinsamen Speichers sein. Außerdem ist es möglich, die Funktion der Serien-Parallel-Wandler 36 und 38 ebenfalls vom Rechner 26 zu übernehmen., FIG. 4 is a block diagram showing a motion detection device using the method described in FIG. 1, displacement sensors 10 and 12. The output from the displacement sensors 10 and 12 pulse trains arrive at parallel to serial converters 36 and 38 whose outputs are connected to a computer 26 and provide the computer 26 signal pattern. The computer 26 is connected to a first memory 28 for stored signal patterns and a second memory 30 for evaluation factors. Alternatively, a third memory 30 is shown, which contains a plurality of basic elements. Finally, a program memory 34 and a protocol memory 34 are provided and connected to the computer 26 . The memories 28 , 30 , 32 , 34 and 40 can also be components or memory areas of a common memory. It is also possible to also take over the function of series-parallel converters 36 and 38 from computer 26 .

Ehe die Vorrichtung eine genaue Messung ermöglicht, wird eine einmalige Kalibrierung durchgeführt. Dazu wird das Fahrzeug mit der eingebauten Vorrichtung nacheinander über alle möglichen Grundelemente bewegt. Die von den Wegsensoren 10 und 12 abgegebenen Pulsfolgen werden von den Parallel-Serien-Wandlern 36 und 38 in Signalmuster umgewandelt und im Speicher 28 abgelegt. Zu diesen Signalmustern wird dann entsprechend einer ersten Alternative in dem zweiten Speicher 30 ein Bewertungsfaktor gespeichert, der nach Multiplikation oder Division mit dem Signalmuster das jeweils abgetastete Grundelement ergibt oder es wird gemäß einer zweiten Alternative das zutreffende Grundelement auf einem Speicherplatz eines dritten Speichers 32 gespeichert, der mit dem erfaßten Signalmuster adressierbar ist. Nachdem alle Grundelemente abgetastet wurden ist die Kalibrierung beendet.A one-time calibration is performed before the device enables accurate measurement. For this purpose, the vehicle with the built-in device is moved successively over all possible basic elements. The pulse sequences emitted by the displacement sensors 10 and 12 are converted into signal patterns by the parallel-series converters 36 and 38 and stored in the memory 28 . According to a first alternative to these signal patterns, an evaluation factor is then stored in the second memory 30 , which, after multiplication or division with the signal pattern, results in the basic element scanned in each case or, in accordance with a second alternative, the relevant basic element is stored in a memory location of a third memory 32 , which is addressable with the detected signal pattern. After all basic elements have been scanned, the calibration is finished.

Im Fahrbetrieb kann die Vorrichtung nun zur Wegerfassung verwendet werden. Bei jeder Bewegung des Fahrzeug geben die Wegsensoren 10 und 12 Pulsfolgen ab, die zu den Parallel-Serien-Wandlern 36 und 38 gelangen. Diese wandeln die Pulsfolgen in Signalmuster um. Die ausgewerteten Signalmuster werden nun im Rechner 26 mit den im ersten Speicher 26 gespeicherten Signalmustern verglichen. Ist die Kalibrierung sorgfältig durchgeführt worden, so ist für jedes mögliche Signalmuster ein entsprechendes gleiches Signalmuster im ersten Speicher 28 gespeichert. Es ist aber auch möglich einen Vergleich auf Ähnlichkeit durchzuführen, wodurch dann ein Signalmuster zugewiesen wird, das nahezu das gleiche Grundelement charakterisiert. Dem gespeicherten Signalmuster ist bei einer ersten Alternative ein Bewertungsfaktor zugeordnet, der im Speicher 30 gespeichert ist. Dieser Bewertungsfaktor wird im Rechner 26 mit dem Signalmuster multipliziert oder dividiert, je nach Art des Bewertungsfaktors, und das Ergebnis ergibt eines der Grundelemente. Aus der Aneinanderreihung der Grundelemente kann der zurückgelegte Weg der Bewegung vollzogen werden, wozu zweckmäßig der Protokollspeicher 40 dient. When driving, the device can now be used for path detection. With each movement of the vehicle, the displacement sensors 10 and 12 emit pulse trains that arrive at the parallel-series converters 36 and 38 . These convert the pulse trains into signal patterns. The evaluated signal patterns are now compared in the computer 26 with the signal patterns stored in the first memory 26 . If the calibration has been carried out carefully, a corresponding, identical signal pattern is stored in the first memory 28 for each possible signal pattern. However, it is also possible to carry out a comparison for similarity, as a result of which a signal pattern is then assigned which characterizes almost the same basic element. In a first alternative, the stored signal pattern is assigned an evaluation factor which is stored in the memory 30 . This weighting factor is multiplied or divided by the signal pattern in the computer 26 , depending on the type of weighting factor, and the result is one of the basic elements. The path of the movement covered can be carried out by lining up the basic elements, for which purpose the log memory 40 is used.

Bei einer anderen Alternative sind in einem dritten Speicher 32 die Grundelemente gespeichert. Nach dem Vergleich der gespeicherten Signalmuster auf Übereinstimmung oder Ähnlichkeit wird mit dem gespeicherten Signalmuster als Adresse der dritte Speicher adressiert und das zutreffende Grundelement ausgewählt. Auch hier wird dann, wie vorbeschrieben, aus der Aneinanderreihung der Grundelemente der zurückgelegte Weg der Bewegung ermittelt.In another alternative, the basic elements are stored in a third memory 32 . After the comparison of the stored signal patterns for agreement or similarity, the third memory is addressed with the stored signal pattern and the appropriate basic element is selected. Here too, as described above, the path covered by the movement of the basic elements is determined in sequence.

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 dem Protokollspeicher 40 zur späteren Auswertung gespeichert werden.The computer 26 is controlled during the calibration and the later detection of the movement using a program stored in the program memory 34 . The results determined in the course of a movement of the vehicle can be output or can also be stored in the log memory 40 for later evaluation.

Der Rechner 26 ermöglicht ferner die Bestimmung der Vorzeichen aus der Phasenverschiebung der korrelierten Pulsfolgen und ergänzt das Signalmuster vor dem Vergleich entsprechend.The computer 26 also enables the determination of the signs from the phase shift of the correlated pulse sequences and supplements the signal pattern accordingly before the comparison.

Claims

1. Method for detecting the movement of a vehicle over a surface by means of one-dimensional displacement sensors, preferably optical grids for determining relative movements over a statistically rough surface, which are arranged such that pulse sequences are generated by movement of the sensor carrier over the surface depicted in its displacement sensors from which angular increments and path increments comprising basic elements are determined, characterized in that signal patterns are obtained from the pulse sequences, to which basic elements are assigned by comparison with stored signal patterns and evaluation with stored evaluation factors, with a previously carried out learning phase for a large number of possible basic elements the movement of the sensor carrier, the signal patterns of the pulse sequences corresponding to these basic elements were recorded and stored together with error-correcting evaluation factors.

2. The method according to claim 1, characterized in that that the basic elements consist of constant increments and graduated angular increments are built.

3. The method according to claim 2, characterized in that the angular increments are preferably graded in steps which result from 360 degrees mod 2 ⁿ .

4. The method according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that by using Displacement sensors, the sensor element pairs of which are less Distance as the signal transmitter triggering the sensor signal have correlated phase-shifted pulse trains can be obtained together with the sign of the Phase shift on the direction of movement clearly provide representative signal pattern.

5. The method according to claim 4, characterized in that by jointly evaluating the correlated phase-shifted pulse train pairs of both displacement sensors along with the sign of the phase shift the direction of movement is unique in each quadrant representative signal pattern is supplied.

6. The method according to claim 5, characterized in that the signal pattern is converted to a binary value is used to calculate the respective basic element multiplied or divided by the evaluation factor becomes.

7. The method according to claim 5, characterized in that the signal pattern is converted to a binary value with which a variety of basic elements containing memory is addressed.

8. Motion detection device, in particular for detecting the movement of a vehicle over a plane, which has two, one-dimensional, pulse train-generating displacement sensors ( 10 , 12 ), preferably optical grids for determining relative movements over a statistically rough surface ( 24 ), which are arranged in this way are that pulse movements are generated by moving the sensor carrier over the surface depicted in its displacement sensors, and includes a computer ( 26 ) with which basic elements comprising angle increments and displacement increments are determined from the generated pulse sequences, characterized in that series-parallel converters ( 36 , 38 ) are provided, obtain the signal patterns of the pulse sequences of the two displacement sensors ( 10 , 12 ) and feed the computer ( 26 ) that a first memory or memory area ( 28 ) for stored signal patterns and a second memory or memory area ( 30 ) is intended for evaluation factors and that the Rec hner ( 26 ) assigns basic elements to the signal patterns by comparison with the stored signal patterns and evaluation with the stored evaluation factors, whereby in a previously carried out learning phase with a large number of possible basic elements of the movement of the sensor carrier, the signal patterns of the pulse sequences corresponding to these basic elements are detected and together with error-correcting evaluation factors have been saved.

9. The device according to claim 8, characterized in that the basic elements constant path increments and include graded angular increments.

10. The device according to claim 9, characterized in that the gradations of the angular increments are preferably 360 degrees mod 2 ⁿ .

11. The device according to one or more of claims 8 to 10, characterized in that pairs of sensor elements of the displacement sensors ( 10 , 12 ) have a smaller distance than the signal transmitter triggering the sensor signal, and that in a program memory ( 34 ) of the computer ( 26 ) A program is stored, with which a signal pattern which clearly represents the direction of movement is determined from the correlated phase-shifted pulse sequences of the displacement sensors ( 10 , 12 ) together with the sign of the phase shift.

12. The apparatus according to claim 11, characterized in that a program is stored in the program memory ( 34 ) of the computer ( 26 ) with which by joint evaluation of the correlated phase-shifted pulse train pairs of the two displacement sensors ( 10 , 12 ) together with the sign of the phase shift Direction of movement is provided in each quadrant signal pattern clearly representing.

13. The apparatus according to claim 12, characterized in that a program is stored in the program memory ( 34 ) of the computer ( 26 ) with which the signal pattern present as a binary value for calculating the respective basic element is multiplied or divided by the evaluation factor.

14. The apparatus according to claim 12, characterized in that a plurality of basic elements is contained in a third memory or memory area ( 32 ) and the respective memory locations of the third memory or memory area ( 32 ) can be addressed by the signal pattern as a binary value, the Assignment between addresses of the third memory or memory area ( 32 ) and its memory locations form the evaluation factors.

15. The device according to one or more of claims 8 to 14, characterized in that a log memory ( 40 ) is provided for the basic elements covered.