DE4128740A1 - Elektronischer kompass - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft elektronische Kompaßsysteme und insbesondere die Kalibrierung und Kompensation von elektronischen Kompaßsystemen zum Gebrauch in Verbindung mit der Anzeige der Fahrt­ richtung eines Fahrzeuges.

Der elektronische Kompaß gehört zu einer als "Mag­ netometer" bezeichneten Familie von Instrumenten, deren Funktion es ist, die Stärke und/oder Richtung von Magnetfeldern zu detektieren. Elektronische Kompasse werden beispielsweise in Fahrzeugen wie etwa Automobilen eingesetzt. Bei einem zum Gebrauch in einem Fahrzeug vorgesehenen Kompaß ist es wün­ schenswert, den Kompaß zu kompensieren bzw. abzu­ gleichen, um den Einfluß magnetischer Streufelder und ferromagnetischen Materials in der Nähe des Sensors zu korrigieren. Im Hinblick auf die Ge­ nauigkeit ist eine zweite Korrektur bezüglich Ver­ änderungen im Erdmagnetfeld als einer Funktion des geographischen Ortes des Fahrzeuges wünschenswert. Beispielsweise beträgt in den Vereinigten Staaten die magnetische Abweichung zwischen der geographi­ schen Nordrichtung und der magnetischen Nordrich­ tung von der Ostküste bis zur Westküste ungefähr 40°. Ein in einem Fahrzeug installiertes Kompaßsy­ stem sollte daher sowohl eine Einrichtung zum Kor­ rigieren der Abweichung des Erdmagnetfeldes als auch eine Einrichtung zum Kompensieren der einzel­ nen Installation des Kompasses in einem einzelnen Fahrzeug enthalten.

Ein Typ elektronischer Kompasse, allgemein als "Flux Gate"-Magnetometer ("Flußtor"-Magnetometer) oder auch "Saturationskernsonden-Magnetometer" bekannt, ist in der Lage, Magnetfelder aufgrund eines magnetischen Sättigungsphänomens eines Kerns aus einer Eisenlegierung zu detektieren. In den Fig. 1A bis 1D wird zunächst das Funktionsprinzip des "Flux Gate"-Magnetometers erläutert. Bei der Bezugnahme auf Magnetfelder werden fiktive Entitä­ ten, "Feldlinien" genannt, verwendet. Die Linien werden verwendet, um die Richtung und die Intensi­ tät eines Magnetfeldes zu veranschaulichen.

In Fig. 1A ist ein Streifen 10 aus Eisenlegierung mit einer hohen "Permeabilität" und einer sehr scharfen "Sättigungscharakteristik" parallel zu dem durch die Feldlinien 12 repräsentierten Erdmag­ netfeld angeordnet. Ein Streifen aus Eisenlegie­ rung mit einer hohen Permeabilität und mit einer sehr scharfen Sättigungscharakteristik kann analog als einen sehr geringen "Widerstand" für magneti­ schen Fluß aufweisend verstanden werden, wird aber eine "Sättigung" erreichen, sobald eine bestimmte Magnetflußdichte durch ihn hindurch fließt, und wird danach einen sehr hohen Widerstand gegenüber dem Hindurchtreten von zusätzlichem Fluß aufweisen.

Wenn der Streifen 10 aus Eisenlegierung, wie in Fig. 1A gezeigt, parallel zu dem Erdmagnetfeld positioniert wird, werden einige der Feldlinien 12 abgelenkt und folgen einem Weg durch den Streifen 10 aus Legierung, da er dem Hindurchtreten den Flusses weniger Widerstand bietet als die umgebende Luft.

Wenn, wie in Fig. 1B gezeigt, eine Drahtspule 14 um den Streifen 10 aus Legierung herum angeordnet und ein hinreichend großes Maß elektrischen Stromes durch die Spule 14 hindurchgeleitet wird, um den Streifen 10 aus Legierung zu "sättigen", werden die Feldlinien 12 des Erdmagnetfeldes nicht länger abgelenkt, durch den Streifen hindurchzutreten, da seine Permeabilität stark vermindert ist.

Daher wirkt der Streifen 10 aus einer Eisenlegie­ rung als ein "Flux Gate" bzw. Flußtor für die Feld­ linien 12 des Erdmagnetfeldes. Wenn der Streifen 10 aus Legierung nicht gesättigt ist, ist das "Tor geöffnet", und die umgebenden Feldlinien 12 bündeln sich zusammen und treten durch den Streifen 10 aus Legierung hindurch. Wenn der Streifen 10 aus Legie­ rung durch das Hindurchleiten eines hinreichenden elektrischen Stromes durch die Spule 14 gesättigt ist, ist das "Tor geschlossen", und die Feldlinien 12 werden nicht abgelenkt, sondern nehmen statt des­ sen wieder Wege entlang oder sehr dicht bei ihren ursprünglichen Wegen an.

Ein Grundgesetz der Elektrizität fordert, daß in einem elektrischen Leiter ein Strom induziert wird, wenn eine Feldlinie den elektrischen Leiter "schneidet" oder hindurchtritt. Somit führt das Flux Gate Übergänge zwischen seinem geöffneten und seinem geschlossenen Zustand mit der doppelten Frequenz eines Wechselstromes aus, wenn der Wech­ selstrom durch die Spule 14 geführt wird, die als Treiberwicklung bezeichnet wird, und daher bewegen sich die Feldlinien 12 des Erdmagnetfeldes mit der doppelten Frequenz des Wechselstroms in den Strei­ fen 10 hinein und wieder heraus. Es ist möglich, die Feldlinien 12 derart anzuordnen, daß sie durch einen zweiten elektrischen Leiter hindurchtreten, der als "Aufnehmerwicklung" bezeichnet wird, wobei sie dadurch bei jedem Durchgang zwischen dem Strei­ fen aus Legierung und der umgebenden Luft einen Strom in dem zweiten Leiter induzieren. Der indu­ zierte Strom ist proportional zu der Intensität derjenigen Komponente des Erdmagnetfeldes, die parallel zu dem Streifen 10 aus Legierung liegt.

Ein Problem wird jedoch dadurch eingeführt, daß zusätzliche Feldlinien durch das durch den Strom­ fluß durch die Treiberwicklung 14 erzeugte Magnet­ feld erzeugt werden, wenn der Streifen 10 aus Le­ gierung gesättigt ist. Diese zusätzlichen Feld­ linien müssen beim Ersinnen eines Systems zum Mes­ sen des Erdmagnetfeldes berücksichtigt werden.

Ein zur Lösung dieses Problems verwendetes System ist in Fig. 1C veranschaulicht. Zwei identische Streifen 16 und 18 aus Legierung werden verwendet, und die Sättigungs- oder Treiberwicklungen 14A und 14B sind so angeordnet, daß ein geschlossener mag­ netischer Kreis gebildet wird. Die Feldlinien des Erdmagnetfeldes werden jedesmal, wenn die Streifen zwischen dem gesättigten und dem ungesättigten Zustand wechseln, in die beiden Streifen 16 und 18 aus Legierung hinein abgelenkt und aus ihnen her­ ausgetrieben. Eine Aufnehmerwicklung 19 ist wie gezeigt um die gesamte Anordnung herum angeordnet, so daß die Aufnehmerwicklung bei jedem Hindurch­ treten der Feldlinien des externen Flusses ein Spannungssignal erzeugt, welches ausschließlich für die externen Feldlinien bezeichnend ist. Dieses Ergebnis wird erhalten, da die durch die Treiber­ wicklungen 14A und 14B verursachten Feldlinien sich aufbauen und zusammenfallen können, ohne die Auf­ nehmerwicklung 19 zu schneiden.

Ein Torodialkern bzw. Ringkern 20 wie in Fig. 1D gezeigt, kann verwendet werden, um die gleiche Funktion wie die beiden Streifen 16 und 18 aus Legierung zu erfüllen. Das Torodialkern-"Flux Gate" umfaßt eine Treiberwicklung 14 und eine Aufnehmer­ wicklung 19. Der Torodialkern 20 ist magnetisch spürbar wirksamer, da er an den Enden keine Luft­ spalte aufweist.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 2A bis 2G werden nunmehr Einzelheiten des Betriebs von Schaltungen innerhalb typischer bekannter Flux-Gate-Magneto­ meter erläutert. Die Treiberwicklung wird durch eine Rechteckwelle bzw. -spannung einer geeigneten Frequenz und Amplitude (wie in Fig. 2A gezeigt) erregt, so daß der Kern auf dem halben Wege jedes Halbzyklus gesättigt ist. Wenn der Kern in die Sättigung gerät, wird die Impedanz der Treiberwick­ lung auf einen sehr niedrigen Wert vermindert und schließt praktisch die die Treiberspannung zufüh­ renden Verstärker kurz, so daß die Treiberspannung für den Rest des Halbzyklus auf nahe Null vermin­ dert wird (Fig. 2B). Während die Polarität der Treiberspannung sich am Ende des ersten Halbzyklus umkehrt, kommt der Kern aus der Sättigung heraus und ermöglicht der Treiberspannung, bis zur unge­ fähren Hälfte des zweiten Halbzyklus ihre volle Amplitude zu erreichen, wenn erneut Sättigung ein­ tritt und die Treiberspannung auf einen Wert nahe Null zurückkehrt.

Wie oben erläutert, wird jedes externe Magnetfeld in der Nähe in den Kern gezogen, wenn der Kern nicht in der Sättigung ist, und herausgedrängt, wenn er in die Sättigung kommt. Jedesmal, wenn die externen Feldlinien in den Kern gezogen werden, treten sie durch die Aufnehmerwicklung hindurch und erzeugen einen Spannungsimpuls (in Fig. 2C darge­ stellt) mit einer Amplitude, die proportional zu der Intensität derjenigen Komponente des externen Feldes ist, die parallel zu der Mittenlinie der Aufnehmerwicklung verläuft. Die Polarität dieses Impulses wird durch die Polarität des externen Magnetfeldes relativ zu der Aufnehmerwicklung be­ stimmt. Wenn die Feldlinien aus dem Kern herausge­ drängt werden, schneiden sie die Aufnehmerwicklung in der entgegengesetzten Richtung und erzeugen einen weiteren Spannungsimpuls mit der gleichen Amplitude, jedoch von entgegengesetzter Polarität. Daher sind die in Fig. 2C dargestellten Impulse sowohl für die Amplitude als auch für die Richtung des Erdmagnetfeldes bezüglich der Aufnehmerwicklung bezeichnend.

Es ist festzuhalten, daß das Impulsmuster von Fig. 2C für jeden Zyklus der Treiberfrequenz von Fig. 2A zweimal wiederholt wird. Daher wird die Informa­ tion durch das Magnetometer mit der doppelten Fre­ quenz der Treiberspannung geliefert, und somit wird die Bezeichnung "Flux-Gate-Magnetometer mit Nutzung der zweiten Oberwelle" vergeben.

Verschiedene Ansätze zum Messen der Amplitude und der Richtung des Impulsmusters sind möglich. Bei einem Ansatz wird die Aufnehmerwicklung auf eine Frequenz in Höhe der doppelten Treiberfrequenz abgestimmt, um die Folge von Impulsen in eine wie in Fig. 2D dargestellte Sinuswelle umzuwandeln, die eine Amplitude aufweist, welche proportional zu der Amplitude der Impulse ist. Es ist festzuhalten, daß eine gleichmäßige Beabstandung der posititiven und negativen Signalimpulse von Fig. 2C entsteht, da der Kern auf halben Wege eines jeden Treiberzy­ klus in die Sättigung getrieben wird, und daß daher die Impulse tatsächlich durch die abgestimmte Auf­ nehmerspule in eine Sinuswelle umgewandelt werden.

Um das Sinuswellen-Signal von Fig. 2D in ein Gleichspannungssignal (DC-Signal) umzuwandeln, wird das Sinuswellen-Signal durch einen "phasensensiti­ ven Demodulator" hindurchgeführt. Der Demodulator benötigt eine Bezugsspannung, die, wie in Fig. 2E dargestellt, aus einer Rechteckwelle mit der doppelten Frequenz und der gleichen Phase wie die Treiberspannung besteht. Der phasensensitive Demo­ dulator invertiert die Polarität des Signals von der Aufnehmerwicklung jedesmal, wenn die Bezugs­ spannung positiv wird. Daher wird unter den in den Fig. 2E und 2F dargestellten Bedingungen die nega­ tive Halbwelle der Sinuswelle positiv invertiert und die positive Halbwelle unverändert belassen, so daß daraus die in Fig. 2G dargestellte Wellenform resultiert. Diese Wellenform wird durch einen Tief­ paßfilter hindurchgeführt, wodurch ein positives Gleichspannungssignal mit einer Amplitude, welche proportional zu derjenigen des ursprünglichen Si­ nuswellen-Signals ist, resultiert.

Wenn die Richtung des Magnetfeldes relativ zu dem Magnetometer umgekehrt wird, wird die Phase des in Fig. 2F dargestellten Signals um 180° bezüglich der Bezugsspannung (Fig. 2E) verschoben und die posi­ tiven Halbwellen der Signalspannung werden inver­ tiert was daher zu einem negativen Gleichspan­ nungssignal führt.

Ein anderer Ansatz zum Messen der Amplitude und Richtung des in der Aufnehmerwicklung induzierten Impulsmusters beinhaltet einen Mikrocomputer. Ein durch den Mikrocomputer gesteuerter Demodulator empfängt das Impulssignal durch einen Breitbandver­ stärker. Der Demodulator verarbeitet das in Fig. 2C dargestellte Impulssignal und liefert ein Gleichspannungsausgangssignal mit einer Amplitude, die proportional zu dem Impulssignal ist. Dieser Ansatz eliminiert Phasenverschiebungsfehler infolge Veränderungen von Bauelementwerten als auch die Notwendigkeit, abgestimmte Schaltungen bei der Her­ stellung abzugleichen.

Das Gesamtergebnis beider Ansätze ist in Fig. 3 dargestellt, in der die Veränderung des Pegels des Gleichspannungsausgangssignals aufgezeichnet ist, wenn die sensitive bzw. empfindliche Achse des Magnetometers (die Mittenlinie der Aufnehmerwick­ lung) horizontal gehalten ist und um 360° bezüglich des Erdmagnetfeldes gedreht wird. Orientierungsbe­ zugspunkte des Flux-Gate-Sensors sind mit den Be­ zugsbuchstaben A bis E bezeichnet. Wenn beispiels­ weise das Flux Gate mit seiner sensitiven Achse parallel zu der Nord-Süd-Richtung ausgerichtet ist, wie in der Orientierung B gezeigt, wird das Aus­ gangssignal maximal.

Wenn, wie in Fig. 1E gezeigt, eine zweite Aufneh­ merwicklung 19B in quadratischer Weise bezüglich der ersten Aufnehmerwicklung 19A um einen Torodial­ kern gewickelt ist, dann wird in der zusätzlichen Aufnehmerwicklung eine zweite Gleichspannung indu­ ziert. Ein Kompaß mit zwei quadratisch angeordneten Aufnehmerwicklungen wird als ein Zweiachsen-Kompaß bezeichnet. Wie in Fig. 4 veranschaulicht, verän­ dern sich die Ausgangsspannungssignale von beiden Wicklungen in einer zu der von Fig. 3 ähnlichen Weise, wenn die Orientierung der Ausrichtung des Zweiachsen-Kompasses verändert wird (von -180° bis 180° bezüglich Norden). Extremwerte der Spannung der zweiten Aufnehmerwicklung treten immer dann auf, wenn die Ausgangsspannung über der ersten Auf­ nehmerwicklung gleich Null ist. Daher kann die Richtungsweisung des Zweiachsen-Kompasses durch Überwachen der über den Aufnehmerwicklungen erzeug­ ten Gleichspannungssignale bestimmt werden, da jede gerichtete Orientierung genau einer Menge bzw. einem Satz von in den Aufnehmerwicklungen induzier­ ten Gleichspannungspegeln entspricht.

Beim Einsatz in einem Fahrzeug kann der Flux-Gate- Sensor eines solchen elektronischen Kompasses so an dem Fahrzeug angebracht werden, daß die Achse einer der Aufnehmerwicklungen parallel zu der Längsachse des Fahrzeuges ist. Die Richtung des Fahrzeuges kann daher bestimmt werden. Wenn beispielsweise die Fahrtrichtung des Fahrzeuges nach Norden weist und der Flux-Gate-Sensor so an dem Fahrzeug befestigt ist, daß die Achse der zweiten Aufnehmerwicklung wie in Position C parallel zu der Längsachse des Fahrzeuges orientiert ist, ist es unter Bezugnahme auf Fig. 4 einleuchtend, daß das Ausgangssignal von der ersten Aufnehmerwicklung gleich Null ist, während das Ausgangssignal von der zweiten Aufneh­ merwicklung ein Maximum annimmt.

Bedauerlicherweise sind in der Praxis zahlreiche Probleme angetroffen worden, wenn elektronische Kompasse mit einem Flux-Gate-Sensor in Fahrzeugen wie etwa Automobilen eingesetzt werden, obwohl die Theorie ihres Betriebes geradlinig ist. Ein früher beschriebenenes Problem besteht in der Kompensation von Schwankungen des Erdmagnetfeldes als einer Funktion des geographischen Ortes. Ein anderes früher beschriebenes Problem besteht in der Kompen­ sation von magnetischen Streufeldern und ferromag­ netischem Material in der Nähe des Sensors.

Um Fehler der magnetischen Abweichung zwischen der geographischen Nordrichtung und der magnetischen Nordrichtung zu korrigieren, wird das Fahrzeug in eine Richtung, von der bekannt ist, daß sie gleich der geographischen Nordrichtung ist, ausgerichtet, und nach dem Niederdrücken eines Abweichungsschal­ ters wird durch einen Mikroprozessor, der die Sen­ sorausgangssignale überwacht, eine Ablesung vorge­ nommen. Die Winkeldifferenz zwischen dieser Able­ sung und dem Wert, den die Ablesung für die geogra­ phische Nordrichtung haben sollte, repräsentiert die Abweichungskorrektur und wird in einem Speicher zum Gebrauch beim Abgleich aufeinanderfolgender Richtungssignale benutzt.

Um magnetische Streufelder zu kompensieren, die von außen auf das Fahrzeug wirken, wie etwa Störungen, die eingebracht werden, wenn über Eisenbahnschienen oder nahe bei anderen großen Stahlstrukturen, die magnetisiert worden sind, gefahren wird, kann eine Filterung durch Software (software filtering) nutz­ bar gemacht werden. Durch die Verwendung von Fil­ terung durch Software werden Abweichungen, die charakteristisch für die Streustörungen sind, de­ tektiert und ausgefiltert, um unerwünschte Verände­ rungen in den Fahrtrichtungsangaben des Kompasses zu verhindern.

Verschiedene Korrekturtechniken können zur Korrek­ tur der Wirkungen von in dem einzelnen Fahrzeug, an dem der Kompaß befestigt ist, vorhandenen Rest­ magnetfeldern verwendet werden. Bei einem "Kreis­ fahrmethode" genannten Verfahren wird die Kalibrie­ rung mit einem Schalter oder einer anderen Einrich­ tung eingeleitet. Dann wird der Wagen auf einer relativ flachen Straße bei einer konstanten Ge­ schwindigkeit im Kreis gefahren. Während dieser Zeit nimmt das System eine Anzahl (sagen wir 100) von Ablesungen der Ausgangssignale der Aufnehmer­ wicklungen auf und sucht nach den Maximal- und Minimalwerten. Durch Aufzeichnen der Extremwerte jeder der Ausgangssignale der Aufnehmerwicklungen kann der geeignete Kompensationsfaktor durch die Verarbeitungseinheit angewendet werden, da bekannt ist, daß die Extrema bei bestimmten Flux-Gate-Stel­ lungen relativ zur magnetischen Nordrichtung auf­ treten. Die Verarbeitungseinheit leitet mathema­ tisch vier Kompensationsfaktoren ab, die benutzt werden, um die Ablesungen der beiden Achsen abzu­ gleichen, bevor der relative Fahrtrichtungswinkel berechnet wird. Diese Abgleichungen kompensieren Störungen des magnetischen Feldes, die durch magne­ tisches Material in dem Fahrzeug nahe dem Sensor verursacht werden. Die abgeglichenen oder kompen­ sierten Ablesungen geben genauere Ablesungen der Fahrtrichtung des Fahrzeuges. Diese Kalibrierungs­ technik ist beispielsweise aus der Druckschrift US- PS-39 91 361 und aus der Druckschrift FARR, C. und ANSTEY, E.: Reduction of Errors in Magnetic Aspect Sensors by a System of Ground Calibration, Royal Aircraft Establishment Technical Report No. 66092, März 1966, bekannt. Die obengenannten Druckschrif­ ten werden in diese Beschreibung durch Bezugnahme aufgenommen.

Die vier Faktoren, auf die oben Bezug genommen wird, sind eine Offset-Kompensation (zwei Werte, je einer für jede Achse) und eine Verstärkungskompen­ sation (zwei Werte, je einer für jede Achse). Die Offset-Kompensation ist ein linearer Offset der Sensorablesungen für durch magnetisches Material in der Nähe des Sensors verursachte magnetische Streu­ felder. Magnetische Streufelder verursachen die größten Fehler und beeinflussen die Genauigkeit des Kompasses in allen Richtungen. Die Verstärkungskom­ pensation ist eine skalare Korrektur, die die durch Nebenschlußeffekte von eisenhaltigen Materialien in der Nähe des Sensors verursachten unterschied­ lichen magnetischen Empfindlichkeiten des Sensors entlang seiner beider Achsen korrigiert. Verstär­ kungsfehler werden mitunter "elliptische Fehler" genannt, da der Ort von Punkten von dem Sensor (die Ortskurve von Punkten gleicher Sensorempfindlich­ keit) eine Ellipse anstelle eines korrekten Kreises beschreibt, wenn eine Achse eine größere Empfind­ lichkeit als die andere aufweist. Verstärkungs­ fehler sind wesentlich weniger kritisch als Offset- Fehler und beeinflussen die Genauigkeit des Kompas­ ses nur dann, wenn keiner der Flux-Gate-Sensor­ achsen nahe der magnetischen Nordrichtung ausge­ richtet ist.

Der durch magnetisiertes Material in dem Fahrzeug verursachte Offset ist für alle Orientierungen des Fahrzeuges konstant und kann daher als das Mittel der Maximal- und Minimal-Werte, die aufgezeichnet worden sind, während das Fahrzeug in einem Kreis gefahren wird, berechnet werden, beispielsweise als (Vmax + Vmin)/2 = Offset-Kompensation. Die Verstärkungsfehler können durch Normalisieren der bezüglich des Offsets kompensierten Ablesungen auf einen Wert von +/-1 kompensiert werden. Dieser Normalisierungsfaktor ist daher gleich dem rezipro­ ken Wert der Hälfte der Differenz zwischen den Maximal- und Minimal-Werten, die aufgenommen worden sind, während das Fahrzeug in einem Kreis gefahren wird, beispielsweise 2/(Vmax - Vmin) = Verstär­ kungskompensation.

Beim Implementieren der Kreisfahrmethode werden Extremwerte der Sensorausgangsspannung jeder Achse typischerweise durch Überwachen der Nullspannungs­ durchgänge der ersten Ableitung der Sensorausgangs­ spannung nach der Zeit bestimmt. Für eine sinusför­ mige Wellenform ist die Steigung der Sensoraus­ gangsspannung in der Nähe eines Extremwertes jedoch extrem klein. Daher kann der genaue Ort und der genaue Wert eines Extremwertes schwer bestimmt werden, da die Aufnehmerschaltung der Wirkung des elektrischen Rauschens unterworfen ist.

Ein erfindungsgemäßer Kompaß zum Gebrauch in einem Fahrzeug, der eine erfindungsgemäße Kompensations­ einrichtung aufweist, erreicht einen hohen Grad von Genauigkeit ohne Bedienereingriffe oder die Notwen­ digkeit, das Fahrzeug absichtlich auf einem kreis­ förmigen Weg zu fahren. Die vorliegende Erfindung sieht ein automatisches Verfahren zum genauen Bestimmen von Maximal- und Minimal-Spannungswerten aus einem Flux-Gate-Sensor mit orthogonalen Aufneh­ merwicklungen vor. Die automatische Kompensation arbeitet kontinuierlich, um die erforderlichen Änderungen sowohl der Offset- als auch der Verstär­ kungskompensationsfaktoren einzustellen. Die von den orthogonalen Aufnehmerwicklungen gelieferten Signale sind während der meisten Betriebszustände relativ stark.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine maximale oder minimale Spannung von einer der Aufnehmerwick­ lungen durch Verarbeiten des Spannungssignals von der Aufnehmerwicklung und durch gleichzeitiges Verarbeiten des von der anderen Aufnehmerwicklung gelieferten Spannungssignals bestimmt. Ein einzel­ nes Maximum oder Minimum wird nur dann gespeichert und für den Kompensationsabgleich benutzt, wenn bestimmte Zustände in beiden Sensorausgangssignalen auftreten.

Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung werden die orthogonalen Sensoren des Kompasses an dem Fahrzeug derart angebracht, daß eine der Achsen mit einem Winkel von ungefähr 45° bezüglich der Längsachse des Fahrzeuges positioniert ist. In dieser Orien­ tierung werden durch beide Achsen des Flux-Gate- Sensors starke Signale erzeugt, wenn auf Straßen gefahren wird, die in Nord-Süd- oder Ost-West-Rich­ tung gelegen sind. Da in den USA aufgrund früherer US-Gesetzgebung eine Neigung besteht, Straßen in Nord-Süd- und Ost-West-Richtung zu bauen, werden beim Fahren auf dem Straßensystem starke Signale zusammen mit starken Ableitungssignalen erzeugt, die somit eine genaue Extremwert-Detektion zur Kompensation ermöglichen. Im Ergebnis wird jeder Algorithmus, der die Signale oder ihre Ableitungen zum Bestimmen eines Extremwertes benutzt, relativ immun gegen Fehldetektion sein. In ähnlicher Weise wird jeder Algorithmus, der sowohl die Signale als auch ihre Ableitungen (explizit oder implizit) benutzt, sehr immun gegen Fehldetektion eines Ex­ tremwertes sein. Die Extremwert-Detektion wird verbessert und die Wahrscheinlichkeit einer Fehl­ detektion wird minimiert, weil ein Extremwert sich in einer kurzen Zeitperiode scharf ereignet, wenn das Fahrzeug von einer Straße auf eine andere ab­ biegt, d. h. die Sensorausgangssignale erreichen einen Extremwert nur dann, wenn beim Fahren auf einem solchen Straßensystem von einer Straße in eine andere abgebogen wird. Daher ist das Aus­ gesetztsein gegenüber den Wirkungen von elek­ trischem Rauschen zeitlich begrenzt, wenn das Fahr­ zeug die Umgebung eines Extremwertes passiert.

Ein eine erfindungsgemäße Kompensationseinrichtung aufweisender elektronischer Kompaß kann ferner durch einen Mikroprozessor ausgeführte Software- Algorithmen beinhalten, die verschiedene Anzeigety­ pen zum Liefern von Informationen an einen Bediener ermöglichen. Eine automatische oder manuelle Kom­ pensation kann programmiert werden. In einem ma­ nuellen Kompensations-Modus bzw. einer manuellen Kompensations-Betriebsart ermöglicht eine Anzeige­ technik eine kostengünstige Anzeige, um den Bedie­ ner anzuregen, das Fahrzeug in einem Kreis zu fah­ ren. Ein hinzugefügtes Merkmal des ausgewählten Ansatzes ist, daß die gleiche Software zur Extrem­ wert-Detektion sowohl während der manuellen als auch während der automatischen Kalibrierung ausge­ führt wird. Eine "Filterung" durch Software, die die unerwünschten Wirkungen von äußeren Störungen, die das Erdmagnetfeld deformieren oder unterbre­ chen, vermindert, kann aufgenommen werden, um eine fortwährende Anzeige vorzusehen. Schließlich kann der elektronische Kompaß der Einführung eines An­ zeige-Offsets Rechnung tragen, um die magnetische Abweichung (die Differenz zwischen der geographi­ schen Nord-Richtung und der magnetischen Nord-Rich­ tung) zu berechnen und kann auch, wie hierin be­ schrieben, anderen optionalen Merkmalen Rechnung tragen.

Diese und andere Vorteile werden durch die vorlie­ gende Erfindung erreicht, gemäß der ein elektroni­ scher Kompaß eine Einrichtung zum Aufnehmen eines Magnetfeldes mit einer Anzahl von Ausgangsleitungen aufweist, wobei jede Ausgangsleitung ein Ausgangs­ signal liefert, das das Erdmagnetfeld anzeigt. An jede der Ausgangsleitungen ist eine Detektionsein­ richtung zum Erzeugen eines von den Signalen von mindestens zwei der Ausgangsleitungen abhängigen und das Auftreten eines relatives Extremwertes bezüglich der Position des Sensors innerhalb des Erdmagnetfeldes anzeigenden Extremwert-Detektions­ signals angeschlossen. Eine Kompensationseinrich­ tung ist mit der Detektionseinrichtung gekoppelt, um ein kompensiertes Detektionssignal zu liefern, das die Position des Sensors innerhalb des Magnet­ feldes anzeigt und das von dem Extremwert-Detek­ tionssignal abhängig ist.

Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung umfaßt ein elektronischer Kompaß einen Flux-Gate-Sensor mit einer Primärwicklung, einer ersten Aufnehmerwick­ lung zum Erzeugen eines ersten Aufnehmersignals und eine orthogonal zu der ersten Aufnehmerwicklung angeordnete zweite Aufnehmerwicklung zum Erzeugen eines zweiten Aufnehmersignals. Mit der Primärwick­ lung ist eine Treibereinrichtung gekoppelt, und eine Signalverarbeitungseinrichtung ist mit der ersten und mit der zweiten Aufnehmerwicklung zum Bestimmen des Ortes eines Extremwertes in dem er­ sten Aufnehmersignal relativ zu der Position des Sensors gekoppelt. Die Signalverarbeitungseinrich­ tung liefert ein Ausgangssignal, das das Auftreten eines Extremwertes zum Kompensieren des Kompasses nur dann anzeigt, wenn ausgewählte Zustände in dem ersten und dem zweiten Aufnehmersignal auftreten.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfaßt ein elektronisches Kompaßsystem zum Gebrauch in einem Fahrzeug einen Flux-Gate-Sensor mit einer Primärwicklung, einer ersten Aufnehmerwicklung zum Liefern eines ersten Aufnehmersignals, und mit einer senkrecht zu der ersten Aufnehmerwicklung angeordneten zweiten Aufnehmerwicklung zum Liefern eines zweiten Aufnehmersignals. Eine Signalverar­ beitungseinrichtung ist mit der ersten und mit der zweiten Aufnehmerwicklung zum Liefern eines Aus­ gangssignals gekoppelt, das die Richtungsweisung des Flux-Gate-Sensors anzeigt. Ferner ist eine Befestigungsvorrichtung vorgesehen, um den Flux- Gate-Sensor an dem Fahrzeug derart zu haltern, daß die Achse der ersten Aufnehmerwicklung in einem vom 0° verschiedenen Winkel, wie etwa beispielsweise von 30° bis 60°, relativ zu der Längsachse des Fahrzeuges angeordnet ist.

Gemäß einem darüber hinausgehenden weiteren Aspekt der Erfindung umfaßt ein elektronischer Kompaß eine Einrichtung zum Aufnehmen eines Magnetfeldes mit einer Anzahl von Ausgangsleitungen, von denen jede ein Ausgangssignal liefert, das die Stellung des Sensors in dem Erdmagnetfeld anzeigt. Eine Detekti­ onseinrichtung ist an jede der Ausgangsleitungen angeschlossen und benutzt eine vorprogrammierte Routine zum Erzeugen eines Extremwert-Detektions­ signals, das das Auftreten eines relativen Extrem­ wertes in einem der Ausgangssignale bezüglich der Stellung des Sensors innerhalb des Erdmagnetfeldes anzeigt. Eine Modus-Auswähleinrichtung ist ferner zum Auswählen entweder des manuellen Kompensations- Modus oder eines automatischen Kompensations-Modus bzw. einer automatischen Kompensationsbetriebsart vorgesehen. Eine manuelle Kompensationseinrichtung ist mit der Modus-Auswähleinrichtung und mit der Detektionseinrichtung zum Liefern eines ersten kompensierten Richtungssignals, das die Position des Sensors innerhalb des Magnetfeldes anzeigt, gekoppelt, wobei das erste kompensierte Richtungs­ signal von dem Extremwert-Detektionssignal abhängig ist und zum Ansteuern einer Anzeige herangezogen wird, und wobei die Detektionseinrichtung während des manuellen Kompensations-Modus die vorprogram­ mierte Routine ausführt, um Extremwerte zu detek­ tieren, während die Winkelposition des Sensors um ungefähr 360° verändert wird. Schließlich ist eine automatische Kompensationseinrichtung mit der Mo­ dus-Auswähleinrichtung und der Detektiereinrichtung zum Liefern eines zweiten kompensierten Richtungs­ signals verbunden, das die Position des Sensors innerhalb des Magnetfeldes anzeigt, wobei das zwei­ te kompensierte Richtungssignal von dem Extremwert- Detektionssignal abhängig ist und zum Ansteuern einer Anzeige herangezogen wird. Während des auto­ matischen Kompensations-Modus führt die Detektions­ einheit die vorprogrammierte Routine aus, um Ex­ tremwerte zu detektieren, wenn die Winkelposition des Sensors zufallsartig verändert wird.

Gemäß einem letzten Aspekt der Erfindung umfaßt ein elektrischer Kompaß eine Aufnehmereinrichtung zum Liefern mindestens eines Ausgangssignals, das das Erdmagnetfeld relativ zur Position der Aufnehmer­ einrichtung anzeigt. Ferner ist eine Anzeigeein­ richtung mit einer Anzahl von Anzeigeelementen vorgesehen. Zwischen die Aufnehmereinrichtung und die Anzeigeeinrichtung ist eine Verarbeitungsein­ richtung zum aufeinanderfolgenden Einschalten aus­ gewählter Anzeigeelemente derart geschaltet, daß die Winkelstellungen eingeschalteter Anzeigeelemen­ te bezüglich eines Bezugspunktes auf der Anzeige­ einrichtung praktisch einer Winkelstellung des Kompasses bezüglich des Erdmagnetfeldes ent­ sprechen. Die Verarbeitungseinrichtung kann alter­ nativ derart implementiert werden, so daß nachein­ ander auf einem ungefähr kreisförmigen Weg angeord­ nete Anzeigeelemente selektiv eingeschaltet werden, um den Bediener anzuregen, den Kompaß um 360° zu drehen.

Die Erfindung kann leicht unter Bezugnahme auf die Zeichnung und die detaillierte Beschreibung ver­ standen werden. Wie der Fachmann einsehen wird, ist die Erfindung ganz allgemein auf elektronische Kompasse anwendbar, und nicht auf die offenbarten einzelnen Ausführungsformen beschränkt.

Der Inhalt der einzelnen Fig. ist wie folgt:

Fig. 1A veranschaulicht den Fluß von Feldlinien des Erdmagnetfeldes in der Nähe eines nicht in der Sättigung befindlichen Streifens aus Eisenlegierung.

Fig. 1B veranschaulicht den Fluß von Feldlinien des Erdmagnetfeldes in der Nähe eines in Sättigung befindlichen Streifens aus Eisenlegierung.

Fig. 1C veranschaulicht einen Flux-Gate-Sensor mit zwei Streifen aus Legierung.

Fig. 1D veranschaulicht einen Flux-Gate-Sensor mit einem Torodialkern.

Fig. 1E veranschaulicht einen Zweiachsen-Flux- Gate-Sensor mit einem Torodial-Flux-Gate- Sensor mit einem Torodialkern und senk­ recht aufeinanderstehenden Aufnehmerwick­ lungen.

Fig. 2 veranschaulicht Wellenformen innerhalb eines typischen Flux-Gate-Sensors nach einer bekannten Implementation, wobei ein abgestimmtes Filter verwendet wird, um die zweite harmonische Oberwelle auszu­ sieben. Sie liefert einen Anfangspunkt zum Verstehen und Implementieren höher entwickelter Aussiebungstechniken zum Aussieben der zweiten harmonischen Ober­ welle, wie hierin beschrieben ist.

Fig. 3 veranschaulicht das Ausgangssignal von einem Flux-Gate-Magnetometer-Sensor in Abhängigkeit von der Richtung.

Fig. 4 veranschaulicht die Ausgangssignale von einem Zweiachsen-Flux-Gate-Sensor.

Fig. 5 zeigt ein Blockschaltbild eines elektro­ nischen Kompasses nach dem Flux-Gate- Prinzip, für den die vorliegende Erfin­ dung geeignet sein kann.

Fig. 5A zeigt ein Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform des elektronischen Kom­ passes.

Fig. 6 zeigt ein Betriebsablaufdiagramm für einen elektronischen Kompaß.

Fig. 7 zeigt ein Ablaufdiagramm für den Betrieb eines Extremwert-Detektionssystems zum Kompensieren eines elektronischen Kompas­ ses.

Fig. 8 zeigt ein Ablaufdiagramm des Betriebes eines Extremwert-Detektionssystems nach dem "Separate-Speicherstellen-Prinzip".

Fig. 9 zeigt ein Ablaufdiagramm des Betriebes eines Extremwert-Detektionssystems nach dem "Prinzip der minimalen Veränderung".

Fig. 10 veranschaulicht eine abgewinkelte Be­ festigung eines Flux-Gate-Sensors inner­ halb eines Fahrzeuges.

Fig. 11 und 12 veranschaulichen die Aufnehmer-Ausgangs­ signale und ihre Ableitungen für einen abgewinkelt befestigten Flux-Gate-Sensor in einem Fahrzeug.

Fig. 13A bis 13D zeigen ein schematisches Blockschaltbild einer einzelnen Ausführungsform des elektronischen Kompasses.

Fig. 14 veranschaulicht eine Ausgabeanzeige für einen elektronischen Kompaß.

Ein Blockschaltbild eines elektronischen Flux-Gate- Kompasses, der für die vorliegende Erfindung geeig­ net sein kann, ist in Fig. 5 gezeigt. In dieser Ausführungsform weist das Magnetometer einen Flux- Gate-Sensor 30 mit einem Torodialkern aus einem hochpermeablen magnetischen Material mit einer um seinen Umfang gewickelten Primärwicklung 31 und mit zwei um sein Äußeres gewickelten Aufnehmerwick­ lungen 32A und 32B auf.

Der elektronische Kompaß weist ferner mit der Pri­ märwicklung 31 gekoppelte Puffertreiber 35 und 37 sowie jeweils mit den Aufnehmerwicklungen 32A bzw. 32B gekoppelte Breitbandverstärker 39A bzw. 39B auf. Der Verstärker 39A ist mit einem Synchron- Demodulator 41A und mit einem Komparator 42A gekop­ pelt. In ähnlicher Weise ist der Verstärker 39B mit einem Synchron-Demodulator 41B und mit einem Kompa­ rator 42B gekoppelt. PWM-Digital-/Analog-Wandler (PWM = pulsbreitenmoduliert) 44A bzw. 44B sind ferner jeweils zu den Aufnehmerwicklungen 32A bzw. 32B rückgekoppelt.

Während des Betriebes wird die Primärwicklung 31 durch die Puffertreiber 35 und 37 angesteuert, die mit einem Wechselstrom einer Frequenz F versorgt werden, wobei F die Frequenz des Primärerregungs­ signals von den Ausgangsanschlüssen Drive 1 und Drive 2 des Mikroprozessors 50 ist.

Die Aufnehmerwicklungen 32A und 32B sind in dem Sensor 30 körperlich rechtwinklig zueinander ange­ ordnet und arbeiten gemäß der vorstehend erläuter­ ten Theorie des Betriebes von Flux-Gate-Sensoren, um Signale herzustellen, die jeweils die Nord-Süd­ bzw. Ost-West-Ausrichtung des Sensors 30 anzeigen. Die Sensorausrichtungsinformation ist in dem Gehalt der Sensorausgangssignale an zweiter harmonischer Oberwelle enthalten. Um diesen 2f-Gehalt oder Ober­ wellengehalt an zweiter harmonischer Oberwelle auszusieben, werden die Sensorsignale über die Verstärker 39A und 39B den Synchron-Demodulatoren 41A und 41B und sodann den Komparatoren 42A und 42B zugeführt. Ein Signal der zweiten harmonischen Oberwelle wird von dem Mikroprozessor 50 über einen mit "SYNC DEMOD" bezeichneten Ausgang an beide Synchron-Demodulatoren 41A und 41B geliefert. Die Demodulatoren 41A und 41B arbeiten im Zusammenhang mit den Komparatoren 42A und 42B, um den 2f-Gehalt oder harmonischen Oberwellengehalt bezüglich der zweiten harmonischen Oberwelle in den Signalen von den Wicklungen 32A und 32B auszusieben. Die Aus­ gangssignale von den Komparatoren 42A und 42B werden als Eingangssignale dem Mikroprozessor 50 jeweils über die mit "CHA IN" bzw. "CHB IN" be­ zeichneten Eingangstore zugeführt.

Wie es aus dem Stand der Technik für Flux-Gate- Sensoren wohlbekannt ist, sind Rückkopplungswege von den mit "CHA OUT" und "CHB OUT" bezeichneten Ausgängen des Mikroprozessors 50 durch die puls­ breitenmodulierten Digital-/Analog-Wandler 44A und 44B zu den Aufnehmerwicklungen 32A und 32B vorgese­ hen, um Sensor-Rückkopplungsstabilität zu ermög­ lichen.

Die eine Richtungsinformation darstellenden Signale werden von dem Mikroprozessor 50 einem digitalen Anzeigetreiber 55 zugespeist, der eine digitale Anzeige 58 ansteuert, die eine Vakuum-Fluoreszenz­ anzeige (VF-Anzeige), eine Flüssigkristallanzeige (LCD-Anzeige) oder eine Leuchtdiodenanzeige (LED- Anzeige) sein kann.

Eine durch einen analogen Anzeigetreiber 56 ange­ steuerte Analoganzeige 59 kann ebenfalls zum Dar­ bieten graphischer Analoginformationen wie etwa einer Darstellung eines Automobils, einer Straße und einer Richtung vorgesehen sein. Der Autofahrer bzw. -bediener kann ferner eine alphanumerische Anzeige (N, NW usw.) oder eine numerische Anzeige (180°, 45° usw.) mit Kompaßinformationen auswählen.

Schließlich ist ein mechanischer bzw. Mechanik- Anzeigetreiber 57 zum Ansteuern einer mechanischen Anzeige, wie etwa einem Drehspul- oder Dreheisen­ meßgerät bzw. einer Luftkernmeßanzeige (air core gauge display) 60, an den Mikroprozessor 50 ange­ schlossen. Eine RS-232 Datenschnittstelle 61 (data port) ist ferner für die Verbindung zu anderen Systemen vorgesehen. Sie kann ebenfalls dafür be­ nutzt werden, einige der Anzeigen 58, 59, 60 anzu­ steuern, wenn ein geeignetes Interface (oder ein integrierter Interface-Schaltkreis) verwendet wird.

Fig. 5A zeigt ein Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform des elektronischen Kompasses mit einem Paar von Integrierern 75A und 75B und einem Paar von PWM A/D-Wandlern 76A und 76B. Die Schal­ tung dieser Ausführungsform ermöglicht einen schnelleren Betrieb, als er aus dem Stand der Tech­ nik bekannt ist.

Wie bereits vorstehend diskutiert, werden die Maxi­ mal- und Minimal-Werte der Signale von den orthogo­ nalen Aufnehmerwicklungen 13A und 13B zur Kompensa­ tion eines elektronischen Kompasses verwendet. Um die Notwendigkeit eines Eingreifens durch den Be­ diener auszuschalten, detektiert ein elektronischer Kompaß gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfin­ dung automatisch Maximal- und Minimal-Sensorwerte, um die Kompensation zu ermöglichen. Da man weiß, daß die Extremwerte an vorbestimmbaren Richtungs­ orten auftreten, können nachfolgende Richtungsab­ lesungen nach dem Detektieren eines Extremwertes in geeigneter Weise kompensiert werden.

Um automatisch die Maximal- und Minimal-Werte der Sensor-Ausgangssignale zu detektieren, wenn das Fahrzeug entlang irgendeines zufälligen Weges ge­ fahren wird, werden die Informationen von beiden Kanälen des Sensors (Ausgangssignale von beiden Aufnehmerwicklungen) gleichzeitig überwacht. Diese Signale von den beiden Achsen des Sensors zeigen, wie in Fig. 4 veranschaulicht, den Sinus und den Cosinus der Fahrtrichtung des Fahrzeuges an. Die Zuverlässigkeit der Detektion eines Extremwertes wird durch Überwachen beider Kanäle verbessert.

Wenn beispielsweise ein Fahrzeug beginnt, nach Westen zu lenken, und dann sich wieder nach Osten zurückwendet, ist die durch eine der Aufnehmerwick­ lungen gelieferte Information eine zunehmende Span­ nung, die von einer abnehmenden Spannung gefolgt wird. Eine derartige Signalcharakteristik würde dem Mikroprozessor 50 fälschlicherweise als eine Ex­ tremwert-Eingabe erscheinen, obwohl sie keinen korrekten Extremwert darstellt. Ein weiteres Pro­ blem, das damit verbunden ist, wenn die Information einer einzigen Achse zum automatischen Bestimmen, ob das Fahrzeug an einem Extremwert vorbeigeführt worden ist, verwendet wird, tritt auf, da die Able­ sungen des Sensors 30 sich nahe dem Maximum und dem Minimum sehr langsam verändern und es schwierig ist, zu bestimmen, ob das Fahrzeug tatsächlich wendet oder ob die Veränderungen in den Ablesungen durch Rauschen verursacht sind.

Gemäß der Erfindung ist die Bestimmung eines Ex­ tremwertes eines der Sensorsignale von den Sig­ nalen beider Aufnehmerwicklungen 32A und 32B ab­ hängig. Es ist festzuhalten, daß wenn das aus der Aufnehmerwicklung 32A stammende Kanalsignal A nahe bei einem Extremwert ist, das von der Aufnehmer­ wicklung 32B stammende Kanalsignal B seinen Wert bei maximaler Steilheit verändert und umgekehrt. Diese Information wird dafür benutzt, um zu verifi­ zieren, daß das Fahrzeug tatsächlich eine Kurve fährt und daß es fortfährt, in eine konstante Rich­ tung zu schwenken. Falls das Fahrzeug den Punkt maximalen Sensorausgangs nicht mit einem glatten, konstanten Muster passiert, werden die Extremwert­ daten ignoriert. Dieser Algorithmus wird im folgen­ den detaillierter erläutert.

Der elektronische Kompaß von Fig. 5 ist in der Lage, optional einen Abweichungs-Offset durch den Bediener in die Anzeige aufzunehmen. Das Maß der Abweichung, welches erforderlich ist, damit der elektronische Kompaß die Landkarten-Nordrichtung als magnetische Nordrichtung anzeigt, variiert in Abhängigkeit von dem geographischen Ort des Fahr­ zeuges. Der Abweichungs-Offset ist vorgesehen, um den Kompaß bezüglich der Differenz zwischen der magnetischen Nordrichtung und der wahren Nordrich­ tung am Ort des Fahrzeuges abzugleichen. Um den Abweichungs-Offset einzusetzen, wird das Fahrzeug in der beabsichtigten tatsächlichen Nordrichtung ausgerichtet und ein Bediener betätigt einen Ab­ weichungsschalter. Der Abweichungsschalter ist einer von mehreren Schaltern, die in dem Steuer­ schalter- und Optionsauswählblock 52 enthalten sind. Die Differenz zwischen dieser Richtung und der magnetischen Nordrichtung wird daher zu dem Maß, um das die Anzeige versetzt (offset) ist. Dieser Wert wird in dem elektronischen Kompaß in einem nichtflüchtigen Speicher 51 gespeichert, bis er durch den Bediener geändert oder zurückgesetzt wird. Der Abweichungswert kann durch Niederdrücken des Abweichungsschalters und vier Sekunden langes Niederhalten auf Null zurückgesetzt werden.

Da das Erdmagnetfeld nicht sehr stark ist, werden die durch den Mikroprozessor 50 an die Anzeigen­ treiber 55, 56, 57 übertragenen Informationen in­ tern gefiltert, um Störungen zu minimieren, die eingebracht werden, wenn über Eisenbahnschienen oder Überführungen oder in der Nähe von großen Stahlstrukturen gefahren wird. Der Filterungsalgo­ rithmus begrenzt die Winkeländerungsrate auf 6° pro Sekunde (eine typische Fahrzeug-Lenkrate bei Autobahngeschwindigkeiten (highway speeds)). Zu­ sätzlich wird die Änderung der Anzeigeausgabe zu­ erst um eine Sekunde verzögert, wenn eine Änderung in der Positionsanzeige durch den Kompaß-Sensor 30 erfordert wird. Wenn der Sensor 30 immer noch da­ rauf hinweist, daß eine Änderung in derselben Rich­ tung erforderlich ist, wird dann die Anzeigeausgabe aktualisiert. Wenn die Fehlerrichtung seit dem letzten Aktualisieren sich geändert hat, wird die Aktualisierung um zusätzliche zwei Sekunden verzö­ gert. Diese Verzögerungen halten die Anzeige im wesentlichen auf der letzten gültigen Kompaßrich­ tung fest, wenn signifikante Abweichungen von einer mittleren Ablesung bemerkt werden. Diese Technik minimiert die sichtbaren Wirkungen solcher magneti­ scher Störungen. Wenn der Sensoreingang konsistent in einer Richtung verändert wird, folgt die Anzeige der Änderung mit minimaler Verzögerung.

Ein allgemeines Ablaufdiagramm, das die verschiede­ nen Modi des elektronischen Kompasses veranschau­ licht, ist in Fig. 6 dargestellt. Zuerst wird das System während des Schrittes 100 durch Zurücksetzen initialisiert. Während des Systeminitialisierungs­ schrittes 100 werden die Ein-/Ausgabeschnittstellen (I/O-Ports) initialisiert, um Eingangstore, Aus­ gangstore und anfängliche Startzustände festzu­ legen. Zusätzlich wird ein WOW-Segment an die An­ zeigetreiber 55, 56, 57 übermittelt, um den Betrieb der Anzeige nachzuprüfen. Schließlich wird ein Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM-Memory, im folgenden als "RAM-Speicher" oder "RAM" bezeichnet) innerhalb des Mikroprozessors 50 mit Daten aus dem nichtflüchtigen (NV) RAM 51 initialisiert. Nach der Initialisierung tritt das System mit dem Schritt 101 in eine Hauptschleife ein. Nach einer kurzen, mit einem Schritt 102 eingefügten Verzöge­ rung wird eine Tastatur (die in dem Steuerschalter- und Optionsauswählblock 52 enthalten ist) in einem Schritt 103 überwacht, um festzustellen, ob der Benutzer eine einzelne Änderung des Betriebs- oder Anzeige-Modus des elektronischen Kompasses wünscht. Wenn keine Taste betätigt wird, werden die Tasta­ tur-Kennzeichenbits gelöscht (Schritt 104). Wenn eine als Tastatur-Zeitsperre (keyboard timeout) bezeichnete Zeitperiode abgelaufen ist (Schritt 105), wird der neue Modus in das nichtflüchtige RAM 51 geschrieben (Schritt 106). Die Tastatur- Zeitsperren-Periode vermindert wiederholte Schreib­ operationen in das nichtflüchtige RAM 51 beim Wechseln zwischen Betriebs- und Anzeige-Modi.

Wenn eine neue Taste betätigt wird (Schritt 108), werden die Tastatur-Kennzeichenbits gesetzt und der Tastatur-Zeitgeber initialisiert. Als nächstes wird über die mit "MAIN 70" bezeichneten Ablaufdia­ gramm-Verbinderblöcke in den Schritt 110 einge­ treten. Wenn eine neue Taste betätigt wird, wird der ausgewählte Anzeige-Modus gesetzt und jede Anzeige wird aktualisiert (Schritte 110 bis 112). Danach kehrt das System in die Hauptschleife bei Schritt 101 zurück.

Nachdem der Benutzer die Auswahl der Betriebs- und Anzeige-Modi des Kompasses über die Tastatur been­ det hat und die ausgewählten Anzeigen aktualisiert sind, tastet der Mikroprozessor 50 während des Schrittes 120 die an dem Kanal A und an dem Kanal B empfangenen Signale ab und mittelt sie. Nach einer kurzen Verzögerung (Schritt 121) wird als nächstes in Schritt 123 die Fahrtrichtung berechnet. Maxima­ le und minimale Sensorwerte werden bestimmt und während des Extremwert-Detektionsschrittes 125 in dem Speicher des Mikroprozessors 50 gespeichert. Zusätzlich werden die neuen Extremwert-Mittelwerte berechnet und während des Extremwert-Detektionsschrittes in dem nichtflüchtigen RAM 51 gespeichert, falls der automatische Kompensations-Modus ausgewählt ist. Der Extremwert-Detektionsschritt 125 wird nunmehr im einzelnen erläutert. Wie in Fig. 6 dargestellt, werden die Anzeigen während der auf den Extremwert- Detektionsschritt 125 folgenden Schritte 110 bis 112 aktualisiert, falls der manuelle Kompensations- Modus nicht ausgewählt ist.

Wenn der manuelle Kompensations-Modus ausgewählt ist, wird eine Drehanzeigen-Prozedur während der Schritte 130 und 110 bis 112 ausgeführt, um zu bestätigen, daß die manuelle Kalibrierung im Gange ist und um den Bediener anzuregen, das Fahrzeug auf einem geschlossenen Weg oder Kreis zu fahren. Diese Drehanzeigen-Prozedur wird ebenfalls untenstehend näher erläutert. Solange das Fahrzeug während des manuellen Kompensations-Modus in einem Kreis gefah­ ren wird, wird der Drehanzeigen-Modus bei jedem Durchgang durch die Software verwendet (Drehanzeige ist eingeschaltet), bis im Schritt 125 alle vier Extremwerte detektiert sind. Nachdem alle vier Extremwerte detektiert sind, während das Fahrzeug in einem Kreis gefahren wird, wird das nichtflüch­ tige RAM 51 in Schritt 131 aktualisiert und die manuelle Kompensations-Prozedur ist beendet.

Nachdem die Extremwert-Stellen festgelegt und der nichtflüchtige Speicher 51 zum Gebrauch beim Kom­ pensieren des Kompasses für nachfolgende Ablesungen aktualisiert ist, werden in beiden Modi eine oder mehrere Anzeigen angesteuert, um während der Schritte 110 bis 112 die Fahrtrichtung des Fahrzeu­ ges anzuzeigen.

Unter Bezugnahme auf das Ablaufdiagramm in Fig. 7 wird als nächstes der Extremwert-Detektionsschritt 125 erläutert. Während des Betriebes werden Abtast­ werte von den beiden Kanälen (A und B) aufgezeich­ net und in dem Speicher des Mikroprozessors 50 gespeichert und später analysiert, um festzustel­ len, ob ein Extremwert aufgetreten ist. Um sich als einen neuen Abtastpunkt zu qualifizieren und um in dem Schritt 125E in dem Mikroprozessor 50 abge­ speichert zu werden, müssen die Daten in jedem Kanal sich um einen endlichen Schwellenwert verän­ dert haben, wie er in den Schritten 125A bis 125D bestimmt wird. Dieses verhindert, daß zahlreiche Daten-Abtastwerte derselben Fahrtrichtung abge­ speichert werden, wenn das Fahrzeug ruht oder ent­ lang einer langen geraden Straße fährt. In der gegenwärtigen Implementation ist das Kriterium zum Abspeichern eines neuen Abtastpunktes, daß die Daten in dem Extremwert-Kanal sich um mindestens ein Schwellenwert-Inkrement von 8 A/D-Zähleinheiten (Schritte 125A und 125B) geändert haben müssen, und daß die Daten in dem anderen Kanal sich um minde­ stens 5 Schwellenwert-Inkremente zu je 8 A/D-Zähl­ einheiten (40 Zähleinheiten insgesamt) geändert haben müssen (Schritte 125C und 125D). In dieser Ausführungsform werden insgesamt fünf Abtastpunkte pro Kanal in dem Speicher des Mikroprozessors 50 aufgezeichnet (es könnten auch mehr oder weniger verwendet werden).

Nach dem Aufzeichnen der Abtast-Datenpunkte in dem Mikroprozessor 50 müssen die in dem Speicher abge­ speicherten Muster zwei Qualifikationsprüfungen bestehen, um zu bedeuten, daß ein Extremwert zum Kompensationsabgleich aufgetreten ist. Damit ein Extremwert im Kanal A detektiert und ein als Kom­ pensations-Datenpunkt verwendet wird, müssen die in dem Speicher für den Kanal B gespeicherten Daten (die sich um mindestens fünf Zähleinheiten pro Abtastwert verändert haben) monoton ansteigend oder abfallend sein (Schritt 125F) und der Mittenabtast­ wert der Daten in dem Speicher für den Kanal A muß größer sein als die Abtastwerte auf jeder Seite (Maximum des Peaks), wie in Schritt 125G angezeigt. Alternativ müssen die in dem Kanal B gespeicherten Daten monoton ansteigend oder abfallend sein (Schritt 125F) und die Daten in dem Speicher für den Kanal A müssen einen Mittenabtastwert aufwei­ sen, der kleiner ist als die Abtastwerte auf jeder Seite, wie in Schritt 125H angezeigt. Die Tatsache, daß der Kanal B immer ansteigend oder abnehmend ist, stellt sicher, daß das Fahrzeug fortgesetzt hat, mit einer Lenkbewegung in der gleichen Rich­ tung zu fahren und nicht wieder zurückgelenkt hat. Die Kriterien zum Detektieren eines Extremwertes im Kanal B sind identisch mit den obengenannten, wobei jedoch die Achsen vertauscht sind (Schritte 125J, 125K, 125L).

Wenn ein Extremwert in irgendeinem Kanal detektiert ist, werden die dem Extremwert zugeordneten Daten, die eine einzelne Fahrtrichtung des Sensors anzei­ gen, im Schritt 125M mit einem Kennzeichenbit versehen. Die Anzahl der in jedem Quadranten jedes Kanals detektierten Extremwerte wird ferner im Schritt 125M aufgezeichnet. Im Schritt 125N werden langfristige Mittelwerte von Extremwert-Daten zum automatischen Kompensationsabgleich berechnet. Wenn der Kompaß in einem manuellen Kompensations-Modus programmiert ist (Schritt 125P), ist der Extrem­ wert-Detektionsschritt 125 beendet.

Wenn der Kompaß in einem automatischen Kompensa­ tions-Modus programmiert ist (Schritt 125P), fährt das System fort, zusätzliche Extremwerte abzuspei­ chern, bis die ursprünglichen vier Extremwerte (einer für jeden Quadranten) eines Kanals detek­ tiert sind (Schritt 125Q). Wenn die ursprünglichen vier Extremwerte detektiert sind, wird der nicht­ flüchtige Speicher 51 mit den ursprünglichen Ex­ tremwert-Daten aktualisiert und der Extremwert- Zählwert wird gelöst (Schritt 125R). Während nach­ folgender Extremwert-Detektionen mittelt das System im Schritt 125N die zusätzlichen Extremwerte und läuft in der Schleife, bis 16 Peaks (in jedem Qua­ dranten) für einen der Kanäle detektiert worden sind (Schritt 125Q). Nachdem 16 Peaks detektiert und gemittelt sind, wird der nichtflüchtige Spei­ cher wieder aktualisiert und der Extremwert-Zähl­ wert wird gelöscht.

Es ist festzuhalten, daß zahlreiche Methoden zum Mitteln der während des automatischen Kompensa­ tions-Modus detektierten Extremwerte verwendet werden können. In einer Ausführungsform ist der in dem nichtflüchtigen Speicher 51 abgespeicherte Extremwert-Datenwert ein gleitender Mittelwert der vorherigen in dem Speicher 51 abgespeicherten Ex­ tremwert-Daten (gewichtet mit 15/16) und des neuen Extremwert-Datenwertes (gewichtet mit 1/16). Al­ ternative Mittelungs-Verfahren können verwendet werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlas­ sen.

Zusätzlich kann der nichtflüchtige Speicher 51 nach dem Aufsummieren und Mitteln einer beliebigen Anzahl von Extremwert-Detektionspunkten aktuali­ siert werden, obwohl der nichtflüchtige Speicher 51 in der in Fig. 7 veranschaulichten Ausführungs­ form nach dem Aufsummieren von 16 Extremwert-De­ tektionspunkten aktualisiert wird.

Es können zusätzliche Kriterien zum Detektieren eines Extremwertes eingesetzt werden. Bei einem unter Verwendung einer alternativen Menge von Kri­ terien zu detektierenden Extremwert im Kanal A müssen die Daten des Kanals B beispielsweise mono­ ton um mindestens fünf Zähleinheiten pro Abtastwert ansteigen oder abfallen und die Datenpunkte des Kanals A dürfen sich nicht um mehr als zwei Zäh­ leinheiten pro Abtastwert verändern. Wenn fünf Abtastpunkte dieses Kriterium bestehen, zeigt der Algorithmus an, daß ein Maximal- oder Minimal-Wert aufgetreten ist. Dann werden zusätzliche Kriterien benötigt, um zu bestimmen, ob der Abtastwert ein Maximum oder ein Minimum ist.

Sowohl während des manuellen Kompensations-Modus als auch während des automatischen Kompensations- Modus werden die gleichen Extremwert-Detektions­ schritte 125A bis 125P ausgeführt, um das Auftreten von Extremwerten festzustellen. Da in beiden Modi die gleichen Extremwert-Detektionsschritte 125A bis 125P anstatt separater Schritte ausgeführt werden, wird zur Durchführung der Funktionen des Systems weniger Software benötigt. Eine Verminderung der Menge an benötigter Software ermöglicht eine ent­ sprechende Verminderung der benötigten Hardware und ermöglicht somit geringere Kosten. Zusätzlich wird dadurch ermöglicht, daß ein Algorithmus für die manuelle Kalibrierung benutzt wird, der mit weitaus geringerer Wahrscheinlichkeit ein fehlerhaftes Ergebnis erreicht, als es andernfalls der Fall sein würde. Somit resultiert auch eine verbesserte Be­ triebs-Durchführung des elektronischen Kompasses aus einer kombinierten Software zur automatischen und manuellen Kompensation.

Außerdem können alternative Algorithmen zur Detek­ tion von Extremwerten eingesetzt werden. Ein Algo­ rithmus, der als "Separate-Speicherstellen"-Detek­ tions-Algorithmus bezeichnet wird, wird in Fig. 8 veranschaulicht. Der "separate Speicherstellen"- Detektor ist grundsätzlich der gleiche wie der vorstehend beschriebene, außer daß für jeden der Kanäle A und B zwei Speicherbereiche zugeteilt sind und das Speicherkriterium für jede Menge von Ab­ tastwerten unabhängig angewandt wird (Schritte 125AA bis 125HH). Diese Veränderung erhöht die Rauschunempfindlichkeit des Detektors dadurch, daß es nicht zugelassen wird, daß Datenpaare abgespei­ chert werden, falls im Kanal B ein durch Rauschen verursachter Ausschlag auftritt, wenn sich der Kanal B langsam verändert und der Kanal A sich rasch verändert. Wenn beispielsweise der Kanal A sich um drei Zähleinheiten und der Kanal B um eine Zähleinheit verändert hat, würden in keinem der Detektoren neue Abtastwerte abgespeichert werden. Falls jedoch ein augenblicklicher, durch Rauschen verursachter Eingabewert dazu führt, daß sich der Kanal B um fünf Zähleinheiten verändert und der Kanal A davon nicht berührt wird, d. h. nach wie vor sich um drei Zähleinheiten verändert, würde der ursprüngliche Algorithmus diesen neuen Abtastwert zwischen realen Abtastwerten abspeichern und verur­ sachen, daß die nachfolgende Analyse verwirrt wür­ de. Bei dem in Fig. 8 veranschaulichten "Separate- Speicherstellen-Algorithmus" würden die Datenpunkte in dem Speicher des Kanals B und nicht in dem Spei­ cher des Kanals A gespeichert werden, der derjenige ist, wo die gegenwärtigen wahren Abtastwerte ge­ speichert werden. Wenn das Fahrzeug fortfährt, den realen Peak zu passieren, wird der fehlerhafte Abtastpunkt nicht dazu führen, daß ein tatsächli­ cher Extremwert verfehlt oder ein falscher Extrem­ wert detektiert wird. Wenn das Fahrzeug einen Punkt erreicht, an dem der Kanal B sich wieder rasch verändert, und der Kanal A flach ist, wird der zusätzlich in dem Speicher des Kanals B gespei­ cherte Punkt ausgespült, ohne daß die Möglichkeit erzeugt wird, die Daten zu korrumpieren.

In Fig. 9 ist ein dritter, als "Minimalverände­ rungs"-Detektionsalgorithmus bezeichneter Algo­ rithmus veranschaulicht. Der Minimalveränderungs- Detektor ist ähnlich zu dem Separate-Speicherstel­ len-Detektor von Fig. 8, außer daß das zweite Qualifikationskriterium angewandt wird, nachdem der Datenpunkt im Speicher abgespeichert ist (Schritte 125MM bis 125NN und Schritte 125PP bis 125UU). Die Differenzabweichung (Delta Change) beruht in diesem Fall auf der gesamten Menge von fünf Abtastpunkten statt auf jedem einzelnen Punkt. Dieser Umstand wiederum besitzt das Potential einer noch weiter­ gehenden Rauschverminderung, da zu erwarten ist, daß die mittlere Veränderung von fünf Punkten über den Extremwert wesentlich geringer als das Fünf­ fache der mittleren Änderung eines Punktes ist. Wenn erkannt wird, daß die Gesamtauslenkung ober­ halb einer Schwellenwert-Größe ist, kann geschlos­ sen werden, daß die Proben entweder von der Extrem­ wert-Position weggenommen werden oder daß es hin­ reichendes Rauschen auf den Abtastwerten gibt, die sie als genaue Datenpunkte unbrauchbar machen.

Bezugnehmend auf Fig. 10 und gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung ist der Sensor 30 derart an einem Fahrzeug 150 befestigt, daß eine der Achsen der Aufnehmerwicklungen 32A und 32B mit einem Win­ kel von ungefähr 45° bezüglich der Längsachse des Fahrzeugs 150 (der Geschwindigkeitsrichtung des Fahrzeuges während der Geradeausfahrt) positioniert ist. In der bevorzugten Ausführungsform ist der Sensor 30 innerhalb des Instrumentengruppen-Berei­ ches (Instrument Cluster Area; beispielsweise Armaturenbrett) des Fahrzeugs 150 befestigt. Das Befestigen des Sensors 30 in einer derartigen An­ ordnung zieht seinen Nutzen aus dem bevorzugten Bau von Straßen in Nord-Süd- und Ost-West-Rich­ tungen quer durch die Vereinigten Staaten infolge früherer U.S.-Gesetzgebung. Diese frühere U.S.- Gesetzgebung beginnt mit der Landverordnung von 1785, die Vorkehrungen für die Parzellierung und den Verkauf von Land in dem Nordwest-Territorium enthielt. Das Nordwest-Territorium bestand aus dem heutigen Bereich der "Großen Seen", und die Bedeu­ tung dieser Verordnung bezüglich dieser Erfindung wird durch die Tatsache verstärkt, daß dieses das erste zahlreicher bedeutender Territorien war, die zu den Vor-Revolutions-Grenzen hinzugefügt wurden. Die Verordnung sorgte für die Errichtung von aus Sektionen oder Quadratmeilen mit durch in Nord-Süd­ und Ost-West-Richtungen verlaufende Linien bestimm­ ten Grenzen zusammengesetzten Städten. Diese Grenz­ linien führten zu der Konstruktion von Straßen entlang ihnen und parallel zu ihnen. Die nachfol­ gende Gesetzgebung weitete diese Errichtung von Städten und Sektionen auf zusätzliche Territorien aus, als sie unter U.S.-Landeshoheit gerieten.

Wenn der Sensor 30 so angebracht ist, daß eine Achse der Aufnehmerwicklungen mit der Längsrichtung des Fahrzeuges 150 einen Winkel von ungefähr 45° bildet, werden die Sinuswellen-Signale von den Aufnehmerwicklungen 32A und 32B durch die Demodula­ toren 41A und 41B hindurchgeführt und ein Paar resultierender Gleichspannungssignale werden ent­ sprechend den Komparatoren 42A bzw. 42B zugeführt. In den Fig. 11 und 12 sind die Gleichspannungs- Signalwerte bezüglich von Richtungen dargestellt, die von jedem der Ausgangssignale der Aufnehmer­ wicklungen abgeleitet sind. Ferner sind in den Figuren die Ableitungs- bzw. Steilheitswerte bezüg­ lich Richtungsänderungen dargestellt.

Als ein Ergebnis der abgewinkelten Anbringung des Sensors 30 liefert der Flux-Gate-Sensor 30 unter der Annahme, daß das Straßensystem Straßen entweder in Nord-Süd- oder Ost-West-Richtung anordnet, star­ ke Signale von beiden Aufnehmerwicklungen 31A und 31B (beispielsweise 0,707 oder 1/2 der Quadratwur­ zel von 2,0 des Skalenendwertes) zu allen Zeiten, außer beim Fahren einer Kurve, wenn das Fahrzeug auf dem Straßensystem gefahren wird. Da der Sensor 30 außer beim Kurvenfahren starke Signale und deren Ableitungen liefert, ist eine fehlerhafte Detektion eines Extremwertes weniger wahrscheinlich. Wenn das Fahrzeug in einer Kurve gefahren wird, tritt da­ rüber hinaus ein Extremwert während einer kurzen Zeitperiode auf, und daher kann die Position des Extremwertes genauer bestimmt werden, da die Zeit, in welcher das Signal dem elektrischen Rauschen ausgesetzt ist, wenn das Fahrzeug durch die Umge­ bung des Extremwertes hindurch fährt, begrenzt ist. Zusätzlich wird die fehlerhafte Detektion von fal­ schen Extremwerten durch Minimieren der Zeitdauer, während der der Betriebspunkt bzw. Arbeitspunkt in der Umgebung des Extremwertes verbleibt, minimiert, da es weniger wahrscheinlich ist, daß das elektri­ sche Rauschen das zum Auslösen des oder zum Hin­ durchgelangen durch den einzelnen verwendeten Ex­ tremwert-Detektor benötigte erforderliche Muster von Ausgangssignalen erzeugen wird.

Obgleich eine 45°-Orientierung einer Achse des Flux-Gate-Sensors 30 optimal ist, sind andere Ori­ entierungen möglich, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Beispielsweise erzeugen Winkelwerte bis herunter zu ungefähr 10° oder bis herauf zu ungefähr 80° ebenfalls relativ große Ausgangssigna­ le und Ableitungen, vorausgesetzt, daß die Abwei­ chung nicht ebenfalls berücksichtigt wird. Die Berücksichtigung der ± 20°-Variation quer durch die 48 zusammenhängenden Staaten der Vereinigten Staa­ ten von Amerika führt zu einem erlaubten Bereich der Orientierung einer Achse des Flux-Gate-Sensors relativ zu der Längsrichtung des Fahrzeuges von 30° bis 60°.

Es ist festzuhalten, daß die von der Positionierung der Achse des Sensors bei einem Winkel von 30° bis 60° bezüglich der Längsachse des Fahrzeuges abge­ leiteten Vorteile ebenfalls abgeleitet werden, wenn die Achse um 180° gegenüber einer derartigen Stel­ lung gedreht wird, und daß derartige Positionen von 110° bis 140° Äquivalente derselben sind.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 13A bis 13D und die Legende von Fig. 13 wird ein detaillierter schema­ tischer Schaltplan einer bevorzugten Ausführungs­ form (Fig. 5A) eines elektronischen Kompasses, an den die vorliegende Erfindung angepaßt ist, ge­ zeigt. U1 ist eine integrierte Spannungsstabili­ sator-Schaltung mit drei Anschlüssen, die die un­ stabilisierte 10- bis 16-V-Bordspannung in eine sta­ bilisierte 5-VCC-Versorgung umwandelt. Die Spannung 5 VCC wird zur Stromversorgung der Logik-Schaltun­ gen und zum Liefern einer Analog-Bezugsspannung verwendet. U1 ist intern gegen Fehlpolung und Last­ abschaltungs-Transienten geschützt. R1, D1 und C10 liefern eine gefilterte, jedoch unstabilisierte Spannungsversorgung VBB (10 bis 16 V) von nominal 12 V, für die Analog-Schaltungen. D1 schützt VBB gegen Spannungsspitzen.

Ein Motorola MC68HC05-Prozessor bildet das Herz des elektronischen Kompasses. Er liefert die Zeit­ steuer-Signale zum Ansteuern der Primärwicklung des Flux-Gate-Sensors 30 und zum Demodulieren der Nie­ drigpegel-Signale der zweiten harmonischen Oberwel­ le des Sensors 30. Der Prozessor enthält ferner die RAM- und ROM-Speicher und die eingeschlossenen I/O- Ports zum Ausführen aller zum Umwandeln der Signale des Flux-Gate-Sensors 30 in eine magnetische Fahrt­ richtung, die in einer Vielzahl von Formen ange­ zeigt werden kann, erforderlichen Berechnungen.

U7, ein integrierter Schaltkreis vom Typ Motorola MC33064, liefert ein zuverlässiges Rücksetzsignal, wann immer die Stromversorgung des Prozessors den normalen Betriebsbereich überschreitet. Dies stellt sicher, daß der Prozessor ungeachtet des Typs von Transienten, die am Eingang des Hauptstromversor­ gungs-Stabilisators vorhanden sein können, zuver­ lässig erneut startet.

XTAL1 ist ein abgeschlossener Kristall mit einem Rückkopplungs-Vorspannungswiderstand und zwei Über­ brückungskondensatoren, die die gesamte erforder­ liche externe Beschaltung bilden, um eine genaue Kristall-Zeitbasis für den Kompaß-Prozessor zu bilden.

U6A und U6B sind Hochstrom-Operationsverstärker, die die primäre Spule des Flux-Gate-Sensors 30 (in Fig. 13 nicht gezeigt) durch das Strombegrenzungs- Netzwerk R29, R30 und R31 in die Sättigung treiben. Die Verstärker U6A und U6B werden durch das Logik­ pegel-Signal PRI in entgegengesetzter Polarität angesteuert, das von dem Prozessor 6805 erzeugt wird, um die verfügbare Treiberspannung zu erhöhen.

Der in der bevorzugten Ausführungsform verwendete Sensor (in Fig. 13 nicht dargestellt) ist ein Toroid bzw. Ring aus einem hochpermeablen magneti­ schen Material mit einer um seinen Umfang gewickel­ ten Präzisions-Primärwicklung und zwei um das Äußere der Toroid-Anordnung gewickelten Aufnehmer­ wicklungen. Die Primärwicklung des Sensors wird abwechselnd in beide Richtungen in die Sättigung getrieben. In Abwesenheit eines externen Magnetfel­ des ist der Toroid im Gleichgewicht, so daß es kein Magnetfeld außerhalb der Toroidanordnung gibt und daß kein Signal in den Aufnehmerwicklungen indu­ ziert wird. Wenn ein externes Magnetfeld vorhanden ist, wird das Feld an einer Seite des Toroids ver­ stärkt, während das Feld auf der anderen Seite entgegengesetzt ist. Dies hat zur Folge, daß eine Hälfte des Toroids etwas vor der anderen in die Sättigung gerät, wodurch eine augenblickliche Un­ gleichgewichtigkeit des Magnetfeldes erzeugt wird.

Diese Ungleichgewichtigkeit induziert einen kleinen Strom in den Aufnehmerwicklungen, der proportional zu der Stärke des Magnetfeldes ist. Dieser Strom ist gleich der Fläche unter den Impulsen von Fig. 2C.

Das Aufnehmersignal von jeder orthogonalen Aufneh­ merwicklung wird dem Mikroprozessor über identische Sätze von Schaltungen zugeführt; nur ein Kanal wird hier beschrieben. U2A ist ein Wechselstromver­ stärker, der dafür benutzt wird, um das Signal der zweiten harmonischen Oberwelle aus dem Flux-Gate- Sensor auf einen Pegel zu verstärken, der von dem Demodulator-Teil der Schaltung verwertbar ist. Die Minimalverstärkung des Verstärkers U2A wird von der Empfindlichkeit des Sensors, der Auflösung des Komparators und von der durch die Kompaßschaltung benötigten Genauigkeit bestimmt.

Q1 bildet einen Halbwellen-Synchron-Demodulator, der ein Minimum von 60 dB Dämpfung für Signale bewirkt, die nicht exakt mit dem DEMOD-Signal auf der PBO-Leitung des 6805 Prozessors in Phase sind. Dieses Signal wird bei genau dem Zweifachen der fundamentalen Treiberfrequenz gebildet und ist um 90° phasenverschoben, um dem durch den Sensor 30 in Gegenwart eines externen Magnetfeldes erzeugten Signal der zweiten harmonischen Oberwelle zu ent­ sprechen. Dieser Typ von Demodulator ist häufig unverzichtbar, um die extrem kleinen Signale der zweiten harmonischen Oberwelle in Gegenwart anderer "Rausch"-Signale zu detektieren.

R5 und C2 sind mit U2D verbunden, um einen Gleich­ spannungs-Integrator hoher Verstärkung zu bilden. Dieser Integrator summiert fortwährend das Aus­ gangssignal des Synchron-Demodulators auf. Der Ausgang des Integrators wird dann über den Wider­ stand R6 auf die Aufnehmerwicklung zurückgekoppelt. Jeder durch R6 fließende Strom fließt durch die Aufnehmerwicklungen und erzeugt ein gegenläufiges Magnetfeld in dem Sensor.

Der Flux-Gate-Verstärker ist ein Servo-System mit geschlossener Regelschleife, das einen Null-Pegel des magnetischen Flusses innerhalb des Sensors aufrechterhält, um die Genauigkeit und Stabilität zu verbessern. Ein Gleichstrom wird in die Aufneh­ merwicklungen eingespeist, um jeglichen externen Magnetfeldern entgegenzuwirken. Eine Messung dieses Stromes ist daher eine Messung des Maßes des bei dem Sensor vorhandenen externen Flusses (unter der Annahme, daß es keinen dem Sensor selbst innewoh­ nenden Fluß gibt). Während des Betriebes wird, wann immer ein von Null verschiedener Fluß innerhalb des Sensors besteht, ein Signal der zweiten harmoni­ schen Oberwelle in der Aufnehmerwicklung induziert, welches durch die oben erwähnten Schaltungsab­ schnitte verstärkt, demoduliert und integriert wird. Die Polarität der Integration ist derart gestaltet, daß der Ausgang des Integrators, der auf die Aufnehmerwicklungen zurückgekoppelt wird, sich immer in der Richtung entgegengesetzt zum störenden Signal verändert.

Die A/D-Wandlung zum Überwachen der Größe des am Sensor vorhandenen Magnetflusses wird durch Ver­ gleichen des Ausgangs eines PWM- D/A-Wandlers mit der Spannung über dem Widerstand R6 ausgeführt. Der PWM-D/A-Wandler ist ein einfacher, mit dem Ausgang von PA3 des Mikroprozessors verbundenes RC-Filter R8, C5. Der Vergleich der zwei Spannungen wird durch einen Operationsverstärker U2B bewerkstel­ ligt. In regelmäßigen Zeitabständen wird der Aus­ gang des Komparators abgetastet und der Ausgang zu dem PWM-Filter auf die entgegengesetzte Polarität des Komparator-Signals eingestellt. Auf diese Art und Weise ist die über C5 abfallende Spannung immer gleich der über R6 abfallenden Spannung, und eine Berechnung des zur Aufrechterhaltung dieses Gleich­ gewichts erforderlichen Impulsverhältnisses ist für die unbekannte Spannung repräsentativ. Dieses Ver­ fahren der A/D-Wandlung ist relativ langsam, es ist jedoch vollständig immun gegenüber Änderungen von Bauelement-Werten über der Zeit und der Temperatur.

U5 ist ein Micor X2444-IC mit einem seriellen In­ terface und einem nichtflüchtigen EEPROM-Speicher. Der Speicher U5 speichert die berechneten Kompensa­ tionsfaktoren der Verstärkung und des Offset, die für jede Sensor-Installation einzigartig sind, so daß die durch den elektronischen Kompaß angezeigten Fahrtrichtungen genau sind. Der Speicher U5 rettet ebenfalls den zuletzt ausgewählten Anzeigemodus und eliminiert daher die Notwendigkeit eines externen Batterieeinganges an dem elektronischen Kompaß zur Bewahrung dieser Information. Zur automatischen Kompensation wird ebenfalls ein gleitender Mittel­ wert von Extremwerten des Sensors 30 in dem Spei­ cher U5 gespeichert.

Der elektronische Kompaß weist verschiedene Aus­ gänge auf, die verfügbar sind, um mehrere Display- Optionen vorzusehen. Ein alphanumerischer Anzeige­ treiber kann an die Anschlüsse PC5, PC6 und PC7 des Mikroprozessors gekoppelt und zum Ansteuern von alphanumerischen Anzeigen (oder Alpha-Anzeigen oder numerischen Anzeigen) verwendet werden. Eine ALPHA- Anzeigeoption sieht eine Anzeige in alphabetischen Zeichen, wie etwa N, NNW, NW usw., vor. Die Auf­ lösung der Anzeige ist in acht oder sechzehn Seg­ menten, wie durch eine Einstellbrücken-Auswahl be­ stimmt, verfügbar. Die acht Segmente sind N, NE, E, . . ., W, NW, während die sechzehn Segmente N, NNE, NE, ENE, . . ., NW, NMW, sind.

Eine numerische Anzeigeoption sieht, wenn sie aus­ gewählt ist, eine numerische Angabe der Fahrtrich­ tung in Grad von 000 bis 359 vor. Die Anzeigenauf­ lösung ist entweder in 1°- oder 5°-Schritten je nach Einstellbrücken-Auswahl verfügbar. Das Vorse­ hen von anderen Inkrementen würde lediglich eine Änderung des im Mikroprozessor ablaufenden Program­ mes erfordern.

Ein CRT-Anzeige-Ausgang ist durch die serielle RS- 232-Schnittstelle zum Anzeigen von Fahrtrichtungs­ informationen vorgesehen. Darüber hinaus liefert eine Drehspulinstrument-Anzeigeoption bzw. Dreh­ eiseninstrument-Anzeigeoption (air core gauge dis­ play option) einen Ausgang an einen integrierten Ansteuerungsschaltkreis zum Ansteuern eines Automo­ bil-Luftspalt-Typ-Anzeigeelements.

Es sollte festgehalten werden, daß, obwohl die offenbarte Ausführungsform eine Vielzahl von Anzei­ gemöglichkeiten zeigt, die in einer anderen Ausfüh­ rungsform vorgesehene Anzeige oder vorgesehenen Anzeigen verschieden sein können, ohne daß der Bereich der Erfindung verlassen wird.

Wie in Fig. 14 gezeigt, weist die alphanumerische Anzeige 160 gemäß einem abschließenden Aspekt der Erfindung eine Anzahl von Segmenten 161 bis 188 auf, die während des manuellen Kompensations-Modus derart gesteuert werden, daß eines oder mehrere der um die Peripherie herum positionierten Segmente 161 bis 188 selektiv erleuchtet werden, um die Richtung des Fahrens entlang eines geschlossenen Weges anzu­ zeigen. Eine derartige Anzeige regt den Bediener des Fahrzeuges an, während des manuellen Kompensa­ tions-Modus des Kompasses auf einem kreisförmigen Weg zu fahren. Durch Benutzen der äußeren periphe­ ren Segmente 161 bis 168 der Anzeige 160 werden zusätzliche Segmente und Segmenttreiber nicht er­ forderlich, wodurch die Kosten und die Platzbedürf­ nisse vermindert werden.

Wie rückbezugnehmend auf das Ablaufdiagramm von Fig. 6 im Zusammenhang mit der Fig. 14 ersichtlich ist, zeichnet das System vier Extremwerte auf, wenn der Kompaß um 360° gedreht wird (wenn das Fahrzeug in einem Kreis gefahren wird), wenn der elektronische Kompaß in einem manuellen Kompensa­ tions-Modus programmiert ist. Während der Kompaß gedreht wird, wird der Drehsegment-Anzeigeschritt 130 mit einer festen Frequenz wiederholt ausge­ führt. Bei der ersten Ausführung des Schrittes 130 wird das Segment 168 der Anzeige 160 erleuchtet, während alle anderen Segmente ausgeschaltet sind. Nach einer kurzen Zeitverzögerung wird das Segment 168 ausgeschaltet und das Segment 161 eingeschal­ tet. Nach einer zusätzlichen Zeitverzögerung wird das Segment 161 ausgeschaltet und das Segment 162 wird eingeschaltet usw. Dieser Vorgang wiederholt sich, bis jedes der Segmente 161 bis 168 erleuchtet worden ist, um den Fahrer anzuregen, das Fahrzeug in einem Kreis zu fahren. Die Drehsegment-Anzeige­ prozedur kann danach die kreisförmige Erleuchtung der Segmente wiederholen und fortsetzen, bis das Fahrzeug seinen kreisförmigen Weg beendet.

Der Drehsegment-Anzeigeschritt 130 kann alternativ implementiert werden, um die ungefähre Winkelposi­ tion des Fahrzeuges relativ zu einer Startposition während des Fahrens in einem Kreis anzuzeigen. Während der ersten Ausführung des Schrittes 130 ist das Segment 168 der Anzeige 160 erleuchtet, während alle anderen Segmente ausgeschaltet sind. Wenn der Kompaß-Sensor im Uhrzeigersinn gedreht wird (wenn das Fahrzeug in einem Kreis gefahren wird), wird das Segment 168 ausgeschaltet und das Segment 161 eingeschaltet. Wenn der Sensor weiter gedreht wird, wird das Segment 161 ausgeschaltet und das Segment 162 eingeschaltet usw. Dieser Vorgang wiederholt sich, bis jedes der Segmente 161 bis 168 erleuchtet worden ist, um die ungefähre Winkelstellung des Kompasses bezüglich einer Anfangsstellung anzuzei­ gen.

Andere Verfahren zum Erleuchten der Segmente 161 bis 168 können implementiert werden, um den Bedie­ ner anzuregen, das Fahrzeug in einem Kreis zu fah­ ren, oder um die ungefähre Winkelstellung des Kom­ passes bezüglich seiner Anfangsposition anzuzeigen. Beispielsweise können die Segmente 161 bis 168 nacheinander erleuchtet werden (und erleuchtet bleiben), wenn der Kompaß um 360° gedreht wird. Alternativ können Paare von entgegengesetzten (durch 180° getrennten) Segmenten ausgewählt einge­ schaltet werden, d. h. anfänglich gleichzeitiges Einschalten der Segmente 161 und 165, dann gleich­ zeitiges Einschalten der Segmente 162 und 00555 00070 552 001000280000000200012000285910044400040 0002004128740 00004 00436 166, dann Einschalten der Segmente 163 und 167 usw.

Es sollte abschließend festgehalten werden, daß, obwohl der in den beschriebenen Ausführungsformen verwendete magnetische Sensor ein Zweiachsen-Flux- Gate-Sensor ist, andere Sensoren verwendet werden können. Beispielsweise kann ein magnetoresistiver Sensor verwendet werden, ohne den Bereich der Er­ findung zu verlassen.

Claims (29)

1. Elektronischer Kompaß, aufweisend:

• a) eine Magnetfeld-Aufnehmereinrichtung bzw. Sensor (30) mit einer Anzahl von Aus­ gangsleitungen, wobei jede der Ausgangs­ leitungen ein das Erdmagnetfeld anzeigen­ des Ausgangssignal liefert;
• b) eine mit jeder einzelnen aus der Anzahl von Ausgangsleitungen gekoppelten Detek­ tionseinrichtung zum Erzeugen eines Ex­ tremwert-Detektionssignals, wobei die Erzeugung des Extremwert-Detektionssig­ nals von dem gleichzeitigen Auftreten von zwei verschiedenen Mustern von mindestens zwei der Ausgangssignale der Anzahl von Ausgangsleitungen abhängt, und wobei das Extremwert-Detektionssignal das Auftreten eines relativen Extremwertes einer der Ausgangssignale von einer Leitung aus der Anzahl der Ausgangsleitungen bezüglich der Position des Sensors (30) innerhalb des Erdmagnetfeldes anzeigt; und
• c) eine mit der Detektionseinrichtung und mit der Magnetfeld-Aufnehmereinrichtung gekoppelte Kompensationseinrichtung zum Liefern eines kompensierten Richtungs­ signals, das die Position des Sensors (30) innerhalb des Magnetfeldes anzeigt, wobei das kompensierte Richtungssignal von dem Extremwert-Detektionssignal ab­ hängt.

2. Elektronischer Kompaß, aufweisend:

• a) einen Flux-Gate-Sensor (30) mit einer Primärwicklung (31), mit einer ersten Aufnehmerwicklung (32A) zum Erzeugen eines ersten Aufnehmersignals, und mit einer rechtwinklig zu der ersten Aufneh­ merwicklung (32A) angeordneten zweiten Aufnehmerwicklung (32B) zum Erzeugen eines zweiten Aufnehmersignals;
• b) eine mit der Primärwicklung (31) gekop­ pelte Treibereinrichtung (35, 37);
• c) eine mit der ersten Aufnehmerwicklung (32A) und der zweiten Aufnehmerwicklung (32B) gekoppelte Detektionseinrichtung zum Erzeugen eines von dem gleichzeitigen Auftreten eines ersten unterschiedlichen Musters des ersten Aufnehmersignals und eines zweiten unterschiedlichen Musters des zweiten Aufnehmersignals abhängigen Extremwert-Detektionssignals, wobei das Extremwert-Detektionssignal das Auftreten eines Extremwertes des ersten Aufnehmer­ signals bezüglich der Position des Sen­ sors (30) anzeigt; und
• d) eine mit der Detektionseinrichtung gekop­ pelte Kompensationseinrichtung zum Lie­ fern eines von dem Extremwert-Detektions­ signal abhängigen kompensierten Rich­ tungssignals.

3. Elektronischer Kompaß nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektionseinrichtung das Extremwert-Detektionssignal nur dann er­ zeugt, wenn das zweite Aufnehmersignal sich während eines ausgewählten Zeitintervalls monoton verändert, und daß die erste Ableitung des ersten Aufnehmersignals zu einem Zeitpunkt während des ausgewählten Zeitintervalls gleich Null wird.

4. Elektronischer Kompaß nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektionseinrichtung eine Anzahl von aufeinanderfolgend gespeicher­ ten Werten des ersten Aufnehmersignals und eine Anzahl von aufeinanderfolgend gespeicher­ ten Werten des zweiten Aufnehmersignals spei­ chert, wobei die Detektionseinrichtung das Extremwert-Detektionssignal nur dann erzeugt, wenn die Anzahl von aufeinanderfolgenden Werten des zweiten Aufnehmersignals sich monoton verändert und die Anzahl von aufeinan­ derfolgenden Werten des ersten Aufnehmersig­ nals sich nicht monoton verändert.

5. Elektronischer Kompaß nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektionseinrichtung aufeinanderfolgend einen ersten Abtastwert, einen zweiten Abtastwert und einen dritten Abtastwert des ersten Aufnehmersignals detek­ tiert und nachfolgend einen vierten Abtast­ wert, einen fünften Abtastwert und einen sech­ sten Abtastwert des zweiten Aufnehmersignals detektiert, wobei die Detektionseinrichtung das Extremwert-Detektionssignal generiert, wenn der zweite Abtastwert größer als der erste Abtastwert und größer als der dritte Abtastwert ist, und wenn der fünfte Abtastwert größer als der vierte Abtastwert und kleiner als der sechste Abtastwert ist.

6. Elektronischer Kompaß nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektionseinrichtung ferner das Extremwert-Detektionssignal dann generiert, wenn der zweite Abtastwert kleiner als der erste Abtastwert und kleiner als der dritte Abtastwert ist, und wenn der fünfte Abtastwert größer als der vierte Abtastwert und kleiner als der sechste Abtastwert ist.

7. Elektronischer Kompaß nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektionseinrichtung ferner das Extremwert-Detektionssignal er­ zeugt, wenn der zweite Abtastwert größer als der erste Abtastwert und größer als der dritte Abtastwert ist, und wenn der fünfte Abtastwert kleiner als der vierte Abtastwert und größer als der sechste Abtastwert ist.

8. Elektronischer Kompaß nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektionseinrichtung ferner das Extremwert-Detektionssignal er­ zeugt, wenn der zweite Abtastwert kleiner als der erste Abtastwert und kleiner als der dritte Abtastwert ist, und wenn der fünfte Abtastwert kleiner als der vierte Abtastwert und größer als der sechste Abtastwert ist.

9. Elektronischer Kompaß nach einem der vorste­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das kompensierte Richtungssignal einer An­ zeigeeinrichtung (55-60) zugeführt wird.

10. Elektronischer Kompaß nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektionseinrichtung den zweiten Abtastwert detektiert und spei­ chert, wenn der zweite Abtastwert von einem zuvor detektierten Wert des ersten Aufnehmer­ signals um mindestens eine erste feste Un­ tätigkeitsersatzgröße (default quantity) ab­ weicht, und daß die Detektionseinrichtung den fünften Abtastwert speichert, wenn der fünfte Abtastwert von einem zuvor detektierten Wert des zweiten Aufnehmersignals um mindestens eine zweite feste Untätigkeitsersatzgröße (default quantity) abweicht.

11. Elektronischer Kompaß nach Anspruch 10, da­ durch gekennzeichnet, daß der zuvor detektier­ te Wert ein zuvor abgespeicherter Wert ist.

12. Elektronischer Kompaß nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektionseinrichtung aufeinanderfolgend einen ersten Abtastwert, einen zweiten Abtastwert, einen dritten Ab­ tastwert, einen vierten Abtastwert und einen fünften Abtastwert des ersten Aufnehmersignals detektiert und aufeinanderfolgend einen sech­ sten Abtastwert, einen siebten Abtastwert, einen achten Abtastwert, einen neunten Abtast­ wert und einen zehnten Abtastwert detektiert, wobei die Detektionseinrichtung das Extrem­ wert-Detektionssignal erzeugt, wenn der zweite Abtastwert größer als der erste Abtastwert und kleiner als der dritte Abtastwert ist, und wenn der vierte Abtastwert größer als der fünfte Abtastwert und kleiner als der dritte Abtastwert ist, und wenn der siebte Abtastwert größer als der sechste Abtastwert und kleiner als der achte Abtastwert ist, und wenn der neunte Abtastwert größer als der achte Abtast­ wert und kleiner als der zehnte Abtastwert ist.

13. Elektronischer Kompaß nach Anspruch 12, da­ durch gekennzeichnet, daß die Detektionsein­ richtung ferner das Extremwert-Detektionssig­ nal erzeugt, wenn der zweite Abtastwert klei­ ner als der erste Abtastwert und größer als der dritte Abtastwert ist, und wenn der vierte Abtastwert kleiner als der fünfte Abtastwert und größer als der dritte Abtastwert ist, und wenn der siebte Abtastwert größer als der sechste Abtastwert und kleiner als der achte Abtastwert ist, und wenn der neunte Abtastwert größer als der achte Abtastwert und kleiner als der zehnte Abtastwert ist.

14. Elektronischer Kompaß nach Anspruch 13, da­ durch gekennzeichnet, daß die Detektionsein­ richtung ferner das Extremwert-Detektionssig­ nal erzeugt, wenn der zweite Abtastwert klei­ ner als der erste Abtastwert und größer als der dritte Abtastwert ist, und wenn der vierte Abtastwert kleiner als der fünfte Abtastwert und größer als der dritte Abtastwert ist, und wenn der siebte Abtastwert kleiner als der sechste Abtastwert und größer als der achte Abtastwert ist, und wenn der neunte Abtastwert kleiner als der achte Abtastwert und größer als der zehnte Abtastwert ist.

15. Elektronischer Kompaß nach Anspruch 14, da­ durch gekennzeichnet, daß die Detektionsein­ richtung ferner das Extremwert-Detektionssi­ gnal erzeugt, wenn der zweite Abtastwert größ­ er als der erste Abtastwert und kleiner als der dritte Abtastwert ist, und wenn der vierte Abtastwert größer als der fünfte Abtastwert und kleiner als der dritte Abtastwert ist, und wenn der siebte Abtastwert kleiner als der sechste Abtastwert und größer als der achte Abtastwert ist, und wenn der neunte Abtastwert kleiner als der achte Abtastwert und größer als der zehnte Abtastwert ist.

16. Elektronischer Kompaß nach Anspruch 15, da­ durch gekennzeichnet, daß das Extremwert-Dete­ ktionssignal nur dann erzeugt wird, wenn der Absolutwert der Differenz zwischen dem ersten Abtastwert und den Abtastwert kleiner als eine vorbestimmte Größe ist, und wenn der Absolut­ wert der Differenz zwischen dem zweiten Ab­ tastwert und dem dritten Abtastwert kleiner als die vorbestimmte Größe ist, und wenn der Absolutwert der Differenz zwischen dem dritten Abtastwert und dem vierten Abtastwert kleiner als die vorbestimmte Größe ist, und der Abso­ lutwert der Differenz zwischen dem vierten Abtastwert und dem fünften Abtastwert kleiner als die vorbestimmte Größe ist.

17. Elektronischer Kompaß nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektionseinrichtung eine Anzahl von Werten des ersten Aufnehmer­ signals und eine Anzahl von Werten des zweiten Aufnehmersignals abtastet, wobei die Anzahl von Werten des ersten Aufnehmersignals inner­ halb einer ersten Menge von Speicherstellen gespeichert wird und wobei die Anzahl von Werten des zweiten Aufnehmersignals in einer zweiten Menge von Speicherstellen gespeichert wird, und wobei die erste und die zweite Menge von Speicherstellen disjunkt sind.

18. Elektronischer Kompaß nach Anspruch 17, da­ durch gekennzeichnet, daß ein zweiter Wert aus der Anzahl von Werten des Aufnehmersignals nur dann gespeichert wird, wenn der zweite Wert sich um mindestens eine vorbestimmte feste Größe gegenüber einem zuvor gespeicherten Wert verändert hat.

19. Elektronisches Kompaß-System zum Einsatz in einem Fahrzeug (150), aufweisend:

• a) eine Magnetfeld-Aufnehmereinrichtung bzw. Sensor (30) mit einer Anzahl von Aus­ gangsleitungen, wobei jede der Ausgangs­ leitungen das Erdmagnetfeld bezüglich der Winkelstellung einer Achse der Magnet­ feld-Aufnehmereinrichtung (30) anzeigt;
• b) eine mit der Anzahl von Ausgangsleitungen gekoppelte Kompensationseinrichtung zum Liefern eines von der umgebenden Umwelt abhängigen abgleichbaren Kompensations­ signals; und
• c) eine Befestigungseinrichtung zum Haltern der Aufnehmereinrichtung an dem Fahrzeug (150) derart, daß die Achse mit einem von 0° bezüglich der Längsrichtung des Fahr­ zeuges (150) verschiedenen Winkel ange­ bracht ist.

20. Elektronisches Kompaß-System zum Einsatz in einem Fahrzeug (150), aufweisend:

• a) einen Flux-Gate-Sensor (30) mit einer Primärwicklung (31), mit einer ersten Aufnehmerwicklung (32A) zum Liefern eines ersten Aufnehmersignals, und mit einer senkrecht bezüglich der ersten Aufnehmer­ wicklung (32A) angebrachten zweiten Aufnehmerwicklung (32B) zum Liefern eines zweiten Aufnehmersignals;
• b) eine mit der ersten und der zweiten Auf­ nehmerwicklung (32B) gekoppelte Kompensa­ tionseinrichtung zum Liefern eines von der umgebenden Umwelt abhängigen ab­ gleichbaren Kompensationssignals; und
• c) eine Befestigungsvorrichtung zum Haltern des Flux-Gate-Sensors (30) an dem Fahr­ zeug (150) derart, daß die Achse der ersten Aufnehmerwicklung (32A) mit einem Winkel von 30° bis 60° bezüglich der Längsrichtung des Fahrzeuges (150) gele­ gen ist.

21. Elektronisches Kompaß-System nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Befe­ stigungsvorrichtung den Flux-Gate-Sensor (30) derart positioniert, daß die Achse der ersten Aufnehmerwicklung unter einem Winkel von unge­ fähr 45° bezüglich der Längsrichtung des Fahrzeuges (150) gelegen ist.

22. Elektronisches Kompaß-System, aufweisend:

• a) eine Magnetfeld-Aufnehmereinrichtung bzw. Sensor (30) mit einer Anzahl von Aus­ gangsleitungen, wobei jede der Ausgangs­ leitungen ein die Position des Sensors (30) innerhalb des Erdmagnetfeldes anzei­ gendes Ausgangssignal liefert;
• b) eine mit jeder der Ausgangsleitungen ge­ koppelte und eine vorprogrammierte Routi­ ne zum Erzeugen eines Extremwert-Detek­ tionssignals, das das Auftreten eines relativen Extremwertes eines der Aus­ gangssignale von einer der Ausgangslei­ tungen bezüglich der Position des Sensors (30) innerhalb des Erdmagnetfeldes an­ zeigt, benutzende Extremwert-Detektions­ einrichtung;
• c) eine Modus-Auswähleinrichtung (52) zum Auswählen entweder eines manuellen Kom­ pensations-Modus oder eines automatischen Kompensations-Modus;
• d) eine mit der Modus-Auswähleinrichtung (52) und der Detektionseinrichtung gekop­ pelte manuelle Kompensationseinrichtung zum Liefern eines ersten kompensierten Richtungssignals, das die Position des Sensors (30) innerhalb des Magnetfeldes anzeigt, wobei das erste kompensierte Richtungssignal von dem Extremwert-Detek­ tionssignal abhängt und zum Ansteuern einer Anzeige (55-60) verwendet wird, und wobei die Detektionseinrichtung die vor­ programmierte Routine während des manuel­ len Kompensations-Modus ausführt, um eine Anzahl von Extremwerten zu detektieren, während die Winkelposition des Sensors (30) um ungefähr 360° verändert wird; und
• e) eine mit der Modus-Auswähleinrichtung (52) und mit der Detektionseinrichtung gekoppelte automatische Kompensationsein­ richtung zum Liefern eines zweiten kom­ pensierten Richtungssignals, das die Position des Sensors (30) innerhalb des Magnetfeldes anzeigt, wobei das zweite kompensierte Richtungssignal von dem Extremwert-Detektionssignal abhängt und zum Ansteuern einer Anzeige (55-60) be­ nutzt wird, und wobei die Detektionsein­ richtung die vorprogrammierte Routine während des automatischen Kompensations- Modus ausführt, um eine Anzahl von Ex­ tremwerten zu detektieren, wenn die Win­ kelstellung des Sensors (30) zufällig verändert wird.

23. Elektronisches Kompaß-System, aufweisend:

• a) eine Aufnehmereinrichtung (30) zum Lie­ fern mindestens eines das Erdmagnetfeld bezüglich der Stellung der Aufnehmerein­ richtung (30) anzeigenden Aufnehmersig­ nals;
• b) eine Anzeigeeinrichtung (55-60) mit einer Anzahl von Anzeige-Elementen (161-188); und
• c) eine zwischen die Aufnehmereinrichtung und die Anzeigeeinrichtung (55-60) gekop­ pelte Verarbeitungseinrichtung (50) zum Einschalten ausgewählter Anzeige-Elemente (161-188), die in einem ungefähr kreis­ förmigen Pfad angeordnet sind, in einer vorbestimmten Reihenfolge, um zu bestäti­ gen, daß die manuelle Kompensation fort­ schreitet, und um den Bediener anzuregen, den Kompaß um 360° zu drehen.

24. Elektronisches Kompaß-System nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl von Anzeige-Elementen (161-188) so angeordnet ist, daß sie eines oder mehrere alphanumerische Zeichen bilden.

25. Elektronischer Kompaß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugung des Extrem­ wert-Detektionssignals von dem gleichzeitigen Auftreten der zwei unterschiedlichen Muster abhängt und nicht von einem zuvor berechneten Schätzwert eines Extremwertes abhängt.

26. Elektronischer Kompaß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektionseinrichtung eine Anzahl von einer ersten Extremwert-Rich­ tung des Sensors (30) entsprechenden Extrem­ werten detektiert, wobei die Kompensationsein­ richtung das kompensierte Richtungssignal abhängig von der Anzahl der der ersten Extrem­ wert-Richtung entsprechenden Extremwerte er­ zeugt, bevor ein einer zweiten Extremwert- Richtung entsprechender Extremwert detektiert werden muß.

27. Elektronischer Kompaß nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß er ferner eine Befesti­ gungsvorrichtung zum Haltern des Flux-Gate- Sensors (30) an einem Fahrzeug (150) aufweist derart, daß die Achse der ersten Aufnehmer­ wicklung (32A) unter einem Winkel von 30° bis 60° bezüglich der Längsrichtung des Fahrzeuges (150) gelegen ist.

28. Elektronischer Kompaß, aufweisend:

• a) eine Aufnehmereinrichtung zum Liefern mindestens eines das Erdmagnetfeld bezüg­ lich der Position der Aufnehmereinrich­ tung anzeigenden Aufnehmersignals;
• b) eine Anzeigeeinrichtung (55-60) mit einer Anzahl von Anzeige-Elementen (161-188), die so angeordnet sind, daß sie eines oder mehrere alphanumerische Zeichen bilden; und
• c) eine zwischen der Aufnehmereinrichtung (30) und der Anzeigeeinrichtung (55-60) gekoppelte Verarbeitungseinrichtung (50) zum Einschalten jener Anzeige-Elemente (161-188) in einer vorbestimmten Reihen­ folge, die entlang der Peripherie der alphanumerischen Zeichen angeordnet sind, um zu bestätigen, daß die manuelle Kom­ pensation fortschreitet, und um den Be­ diener anzuregen, den Kompaß um 360° zu drehen.

29. Elektronischer Kompaß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektionseinrichtung mittels einer ersten vorprogrammierten Routine einen anfänglichen, einer ersten Extremwert- Richtung entsprechenden Extremwert detektiert, wobei die Detektionseinrichtung alle nachfol­ genden, der ersten Extremwert-Richtung ent­ sprechenden Extremwerte mittels derselben ersten vorprogrammierten Routine detektiert.