WO1986000129A1 - Process for correcting angular errors in an electronic compass in vehicles - Google Patents

Process for correcting angular errors in an electronic compass in vehicles Download PDF

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WO1986000129A1
WO1986000129A1 PCT/DE1985/000124 DE8500124W WO8600129A1 WO 1986000129 A1 WO1986000129 A1 WO 1986000129A1 DE 8500124 W DE8500124 W DE 8500124W WO 8600129 A1 WO8600129 A1 WO 8600129A1
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WO
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vehicle
inclination
travel
evaluation circuit
angle
Prior art date
Application number
PCT/DE1985/000124
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English (en)
French (fr)
Inventor
Günther ALBERTER
Harald Bauer
Gerhard Hettich
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Publication of WO1986000129A1 publication Critical patent/WO1986000129A1/de

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C17/00—Compasses; Devices for ascertaining true or magnetic north for navigation or surveying purposes
    • G01C17/38—Testing, calibrating, or compensating of compasses

Definitions

  • the invention is based on a method for correcting angular errors when determining the direction of travel of vehicles with an electronic compass according to the preamble of the main claim.
  • From DE-PS 27 54 888 it is known to determine the direction of travel of a vehicle using a two-axis magnetometer in a navigation apparatus, the output signals of which are fed to a correction unit for compensating for magnetic interference fields in the vehicle, by means of which a zero point shift of the output signals and a proportional change in one of the output signals is carried out.
  • an interference field with a fixed vector is present in the vehicle and is overlaid by an earth field, which is more or less shielded by the body of the vehicle depending on the orientation of the vehicle.
  • the travel is determined
  • Direction only the component of the earth's field lying in the driving plane is detected by the magnetometer by arranging one axis of the magnetometer in the direction of travel and the other transverse to the direction of travel.
  • the built-in electronic compass there is no measurement error as long as the vehicle is traveling horizontally.
  • an angle error occurs when measuring the direction of travel on the electronic compass, which can be up to 30 depending on the uphill or downhill gradient and depending on the direction of travel.
  • the magnetometer must have an elaborate and susceptible gimbal suspension, so that the axes of the magnetometer lie in a horizontal plane even when driving up and downhill.
  • measurement errors occur when cornering, when accelerating or braking the vehicle.
  • the aim of the present solution is to easily compensate for the angular errors which depend on the inclination of the vehicle in its longitudinal axis.
  • the method according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage that the measuring accuracy of the electronic compass is significantly improved by the compensation of the inclination-dependent angle error. Another advantage is that the magnetometer can now be installed with its axles stationary in the vehicle. There is no gimbal attachment.
  • FIG. 1 shows a block diagram of an electronic compass for determining the direction of travel of a motor vehicle with inclination-dependent angle correction according to the invention
  • FIG. 2 shows a coordinate system with a vehicle traveling uphill
  • FIG. 3 shows a vehicle with the magnetic field vectors measured by the magnetometer
  • FIG. 4 shows a diagram that depends
  • Figure 5 shows the measured and the actual north direction in the coordinate system with respect to the vehicle's longitudinal axis
  • Figure 6 shows a schematically illustrated measuring device for the angle of inclination of the vehicle
  • Figures 7 and 8 show flow diagrams for the Operation of the electronic compass according to Figure 1. Description of the embodiment
  • FIG. 1 shows the block diagram for an electronic compass which is permanently installed for navigation in a motor vehicle.
  • the electronic compass consists of a sensor 10, an evaluation circuit 11, an inclination measuring device 12 and a display 13.
  • the sensor 10 which is attached, for example, in the middle of the roof of a passenger vehicle (FIG. 3), contains a magnetometer with time coding.
  • the magnetometer is provided with two probes, which are accommodated in the sensor 10 together with a power supply and a signal shaping stage for each of the magnetic field probes.
  • the evaluation circuit 11 is essentially realized by a microcomputer, the input of which is supplied with the sensor signals.
  • the evaluation circuit 11 is a memory stage 14, a computing stage 15 for calculating the uncorrected direction angle y is a further computing stage 16 for determining the vehicle inclination in its longitudinal axis, shown broken down into a correction stage 17 for determining a correction or calibration variable and into a further calculation stage 18 for angle correction.
  • a fixed direction angle can be set via various inputs of the correction stage 17 , a fixed angle of inclination or the angle of inclination of the earth field He can be entered as a calibration variable in the evaluation circuit 11.
  • the computing stage 18 is connected via an output to the display 13, on which the direction of travel of the vehicle can be displayed in addition to further information.
  • FIG. 2 shows a vehicle 19 in a coordinate system on an inclined plane.
  • the coordinate system has a horizontal axis x o and a vertical axis se z o .
  • the inclined plane forms with the horizontal
  • Axis x o an angle / Figure 2 also shows by pa parallel arrows indicated the direction of the earth field He effective in the vehicle 19.
  • This earth field He forms an inclination angle to the horizontal plane that remains practically unchanged within a radius of several hundred kilometers.
  • the connecting lines of the places on the earth's surface with the same inclination angles are called isoclinics. They are entered in textbooks on navigation on maps (see H. Birr, S. Kuschinsky, L. Uhlig "Guide to Navigation - Terrestrial Navigation", Transpress VEB-Verlag fürmaschineberichtmaschine Berlin, (1968).
  • the vehicle 19 is shown in plan view.
  • the sensor 10 is equipped with its one probe axis x to the longitudinal axis of the vehicle and with its other probe axis e y transverse to the longitudinal axis.
  • the sensor 10 measures the X and Y components of the field vector H effective on it, which is composed of a fixed interference field vector Hs and the earth field vector He.
  • the earth field vector He acting on the sensor 10 describes an elliptical locus curve O when the vehicle 19 is rotated by shielding in the motor vehicle, since the vector of the interference field Hs and the position and shape of the locus curve O are determined by calibration measurements and in memory 14 by constant ones Sizes are stored, the direction of the earth field He can be determined by the electronic compass using a vector equation, in that the vector of the magnetic field H is measured cyclically by the sensor 10.
  • Figure 4 is a diagram for different angles of inclination the angle error ⁇ yz that occurs for the directional display as a function of the direction of travel is shown with reference direction north. Like Figure 5 shows, the angle forms the angle between the vehicle longitudinal axis x and the north direction. It can be seen from the diagram (FIG. 4) that there is no angular error in a vehicle which is traveling on a horizontal plane and that maximum angular errors occur on uphill or downhill gradients in north-west directions. In the case of a gradient of 10% (6o), angle errors of c 13 ° occur.
  • the inclination measuring device 12 cyclically determines the inclination of the vehicle's longitudinal axis.
  • a position sensor 20 is used for this, as is shown schematically in FIG. 6. It consists of a body 21 arranged in the vehicle, which rests on a solid base 22 and is held on the side by two pressure sensors 23, 2h.
  • the base 22 is located in the driving plane of the vehicle, while the pressure sensor 23 is arranged perpendicular to it behind the body 21 and the position sensor 24 in front of the body 21, as viewed in the direction of travel. From the acceleration force parallelogram shown in FIG.
  • the method for determining the direction of travel of the vehicle 19 with the correction of inclination-dependent angle errors will now be explained in more detail.
  • a calibration variable E is already stored in the evaluation circuit 11. If this is not yet the case, the inclination angle is determined in a program section 27 via the correction stage 17 entered the earth field and formed a calibration quantity E, which is stored in the storage stage 14.
  • the angle of inclination or the inclination value for the area in which the vehicle is being driven can be taken in a very simple manner from a map provided with inclination lines and entered into the evaluation circuit 11 via input keys.
  • a further program section 28 is now with the inclination measuring device 12 measures the total acceleration a 'and the instantaneous driving speed v and the values are fed as measuring signals to the evaluation circuit 11 and temporarily stored there.
  • the corrected direction angle for the vehicle 19 is determined.
  • this value is now given on the display 13.
  • the display 13 can indicate the direction of travel by means of an arrow or indicate the direction of travel with regard to a predetermined destination.
  • the program now jumps back to the program section 18, in which the data from the inclination measuring device 12 are again read into the evaluation circuit 11 in order to determine the inclination angle y
  • This program section and the subsequent sections 29 to 33 are run through cyclically by the program, so that every change in the direction of travel and the vehicle inclination in the longitudinal axis is detected and the display is corrected accordingly.
  • the evaluation circuit 11 it is also possible to dispense with the input of the inclination angle and instead to carry out a calibration measurement with the vehicle 19.
  • the vehicle 19 is positioned with the longitudinal axis in a certain direction, for example in the east, and with a certain slope angle, for example 10 °.
  • a calibration key can be pressed for this when the vehicle has assumed the predetermined position.
  • step 27b in the calibration position of the vehicle 19, the magnetic field H o effective there is measured by the sensor 10, and in step 27c the directional angle s is calculated by the computing unit 15 from this measured variable determined and stored in memory level 1 4.
  • step 27d the data entered y and the measured direction angle in correction stage 17 the calibration variable E according to the functional equation:
  • E f p determined and stored in the memory stage 14.
  • the direction of travel is then cyclically determined and displayed in accordance with the flow chart shown in FIG. 7 with the sections 28 to 33.
  • the invention is not limited to the exemplary embodiment shown, since such an electronic compass can be used to determine the direction of travel both for aircraft and for watercraft.
  • the compass can not only be used to determine the direction of travel, but also very generally for the navigation of vehicles which are to be controlled, for example, from a fixed starting point to a specific destination. In such a case, for example, the signals of the vehicle speed sensor are used together with the direction of travel determined by the compass to determine the respective location of the vehicle 19.
  • the respective location height of the vehicle can also be calculated and displayed with an appropriately constructed evaluation circuit together with the path signals.
  • a specified altitude base must be entered from time to time.
  • a pendulum or another device for measuring the inclination of the vehicle can also be used.
  • the base 25 for the body 21 can also be designed as a pressure sensor. This would have the advantage that the braking or acceleration force does not act on this pressure sensor lying parallel to the driving plane, and a change in the measurement signal at this sensor could therefore be used directly to determine the vehicle inclination. It is disadvantageous, however, that such a pressure sensor must be cushioned against impacts from unevenness in the road and the like.

Landscapes

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Description

Verfahren zur Korrektur von Winkelfehlern hei einem elektronischen Kompaß in Fahrzeugen
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Korrektur von Winkelfehlern hei der Ermittlung der Fahrrichtung von Fahrzeugen mit einem elektronischen Kompaß nach der Gattung des Hauptanspruchs. Aus der DE-PS 27 54 888 ist es bekannt, bei einem Navigat ionsapparat die Fahrrichtung eines Fahrzeuges mit einem Zwei-Achsen-Magnetometer zu ermitteln, dessen Ausgangssignale zur Kompensation von magnetischen Störfeldern im Fahrzeug einer Korrektureinheit zugeführt werden, durch die eine Nullpunktverschiebung der Ausgangssignale sowie eine proportionale Veränderung eines der Ausgangssignale vorgenommen wird. Bei dieser Lösung geht man davon aus, daß im Fahrzeug ein Störfeld mit einem festen Vektor vorhanden und von einem Erdfeld überlagert ist, welches durch die Karosserie des Fahrzeugs je nach Ausrichtung des Fahrzeuges mehr oder weniger abgeschirmt wird. Da das für die Fahrrichtung maßgebliche Erdfeld unter dem sogenannten Inklinationswinkel zur Horizontalen schräg von oben auf die Erdoberfläche auftrifft, wird bei der Ermittlung der Fahr richtung nur die in der Fahrebene liegende Komponente des Erdfeldes durch das Magnetometer erfaßt, indem die eine Achse des Magnetometers in Fahrrichtung und die andere quer zur Fahrrichtung angeordnet ist. Beim fest eingebauten elektronischen Kompaß tritt kein Meßfehler auf, solange das Fahrzeug auf horizontaler Strecke fährt. Bei einer Steigung oder beim Gefälle tritt jedoch beim Messen der Fahrrichtung am elektronischen Kompaß ein Winkelfehler auf, der je nach Steigung oder Gefälle und abhängig von der Fahrrichtung bis zu 30 betragen kann. Will man diesen Winkelfehler vermeiden, so muß das Magnetometer eine aufwendige und störanfällige kardanische Aufhängung haben, damit die Achsen des Magnetometers auch bei Berg- und Talfahrten in einer horizontalen Ebene liegen. Dort treten jedoch bei Kurven fahren, beim Beschleunigen oder Abbremsen des Fahrzeuges Meßfehler auf.
Mit der vorliegenden Lösung wird angestrebt, auf einfache Weise die von der Neigung des Fahrzeuges in seiner Längsachse abhängigen Winkelfehler zu kompensieren.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß die Meßgenauigkeit des elektronischen Kompasses durch die Kompensation des neigungsabhängigen Winkelfehlers wesentlich verbessert wird. Als weiterer Vorteil ist anzusehen, daß das Magnetometer nunmehr mit seinen Achsen ortsfest im Fahrzeug eingebaut werden kann. Eine kardanische Aufhängung entfällt.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Merkmale möglich. Besonders vorteilhaft ist, den Neigungswinkel aus der Erdbeschleunigungkraft und der Hangabtriebskraft eines im Fahrzeug gelagerten Körpers zu ermitteln. Um hierbei Meßfehler durch Beschleunigen oder Abbremsen des Fahrzeuges zu vermeiden, wird ferner vorgeschlagen, daß der Neigungswinkel U des Fahrzeugs in der Auswerteschaltung des elektro¬
Figure imgf000005_0001
nischen Kompasses au s der Be z i ehung s in
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= ( a ' - c ) / g errechnet wird . Dabei ist a' die gesamte, am Körper in Fahrrichtung wirksame Beschleunigung c die Beschleunigung in Fahrrichtung und g die Erdbeschleunigung. Die Beschleunigung des Fahrzeuges in Fahrrichtung c wird dabei in vorteilhafter Weise in der Auswerteschaltung aus den Signaländerungen eines Fahrgeschwindigkeitgebers ermittelt.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 ein Blockschaltbild eines elektronischen Kompasses zur erfindungsgemäßen Ermittlung der Fahrrichtung eines Kraftfahrzeuges mit neigungsabhängiger Winkelkorrektur, Figur 2 ein Koordinatensystem mit einem bergauf fahrenden Fahrzeug, Figur 3 zeigt ein Fahrzeug mit den vom Magnetometer gemessenen Magnetfeldvektoren, Figur 4 zeigt ein Diagramm, das abhängig vom Strassengefälle den Winkelfehler im Bezug auf die Fahrrichtung des Fahrzeugs wiedergibt, Figur 5 zeigt die gemessene und die tatsächliche Nordrichtung im Koordinatensystem bezogen auf die Fahrzeuglängsachse, Figur 6 eine schematisch dargestellte Meßeinrichtung für den Neigungswinkel des Fahrzeugs und die Figuren 7 und 8 zeigen Flußdiagramme für die Arbeitsweise des elektronischen Kompasses nach Figur 1. Beschreibung des Ausführungsbeispieles
In Figur 1 ist das Blockschaltbild für einen elektronischen Kompaß dargestellt, der zur Navigation in einem Kraftfahrzeug fest eingebaut ist. Der elektronische Kompaß besteht aus einem Sensor 10, einer Auswerteschaltung 11, einer Neigungsmeßeinrichtung 12 und einer Anzeige 13. Der Sensor 10, der beispielsweise mitten unter dem Dach eines Personenfahrzeuges (Figur 3) angebrachf ist, enthält ein Magnetometer mit Zeitverschlüsselung. Das Magnetometer ist mit zwei Sonden versehen, die zusammen mit einer Stromversorgung und einer Signalformerstufe für jede der Magnetfeldsonden im Sensor 10 untergebracht ist. Die Auswerteschaltung 11 wird im wesentlichen durch einen Mikrocomputer realisiert, dessen Eingang die Sensorsignale zugeführt werden. Zur besseren Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Korrektur von neigungsabhängigert" Winkelfehler bei der Ermittlung der Fahrrichtung des Fahrzeugs ist die Auswerteschaltung 11 in eine Speicherstufe 14, eine Rechenstufe 15 für die Berechnung des nicht korrigierten Richtungswinkels y eine weitere Rechnerstufe
Figure imgf000006_0004
16 zur Ermittlung der Fahrzeugneigung in seiner Längsachse, in eine Korrekturstufe 17 zur Ermittlung einer Korrektur- oder Eichgröße sowie in eine weitere Rechenstufe 18 zur Winkelkorrektur aufgegliedert dargestellt. Über verschiedene Eingänge der Korrekturstufe 17 kann ein fester Richtungswinkel
Figure imgf000006_0001
, ein fester Neigungswinkel
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oder der Inklinationswinkel
Figure imgf000006_0002
des Erdfeldes He als Eichgröße in die Auswerteschaltung 11 eingegeben werden. Über einen Ausgang ist die Rechenstufe 18 mit der Anzeige 13 verbunden, auf der neben weiteren Informationen die Fahrrichtung des Fahrzeugs angezeigt werden kann.
In Figur 2 ist ein Fahrzeug 19 in einem Koordinatensystem auf einer schiefen Ebene dargestellt. Das Koordinatensystem hat eine horzintale Achse xo und eine vertikale Ach se zo. Die schiefe Ebene bildet mit der horizontalen
Achse xo einen Winkel / Figur 2 zeigt ferner durch pa
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rallele Pfeile angedeutet, die Richtung des im Fahrzeug 19 wirksamen Erdfeldes He. Dieses Erdfeld He bildet zur horinzontalen Ebene einen Inklinationswinkel
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der im Umkreis von mehreren hundert Kilometern praktisch unverändert bleibt. Die Verbindungslinien der Orte auf der Erdoberfläche mit gleichen Inklinationswinkeln nennt man Isoklinen. Sie sind in Lehrbüchern der Navigation in Karten eingetragen (siehe H. Birr, S. Kuschinsky, L. Uhlig "Leitfaden der Navigation - Terrestrische Navigation", Transpress VEB-Verlag für Verkehrswesen Berlin, (1968).
In Figur 3 ist das Fahrzeug 19 in der Draufsicht dargestellt. Zur Ermittlung der Fahrrichtung ist der Sensor 10 mit seiner einen Sondenachsen x zur Fahr zeuglangsachse und mit seiner anderen Sondenachs e y quer zur Längsachse au sgeric ht et . Der Sensor 10 mißt dabei die X- und Y-Koraponenten des an ihm wirksamen Feldvektors H, der sich aus einem festen Störfeldvektor Hs und dem Erdfeldvektor He zusammensetzt. Wie gestrichelt angedeutet, beschreibt der am Sensor 10 wirksame Erdfeldvektor He beim Drehen des Fahrzeuges 19 durch eine Abschirmung im KfZ eine elliptische Ortskurve O, Da der Vektor des Störfeldes Hs sowie die Lage und Form der Ortskurve O durch Eichmessungen ermittelt und im Speicher 14 durch konstante Größen abgelegt werden, läßt sich durch den elektronischen Kompaß die Richtung des Erdfeldes He über eine Vektorgleichung ermitteln, indem der Vektor des Magnetfeldes H vom Sensor 10 zyklisch gemessen wird.
In Figur 4 ist in einem Diagramm für verschiedene Neigungswinkel
Figure imgf000007_0003
der dabei auftretende Winkelfehler Δyz für die Richtungsanzeige in Abhängigkeit von der Fahrrichtung mit Bezugsrichtung Nord dargestellt. Wie Figur 5 zeigt, bildet der Winkel dabei den Winkel zwischen Fahrzeuglängsachse x und der Nordrichtung. Aus dem Diagramm (Fig.4 ) ist zu entnehmen, daß bei einem Fahrzeug, welches auf horizontaler Ebene fährt, kein Winkelfehler auftritt und daß maximale Winkelfehler bei Steigungen oder Gefällstrekken in Nord-West-Richtungen auftreten. Dabei können bei Gefällstrecken von 10 % ( 6º) bereits Winkelfehler von
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c 13° auftreten.
Um einen solchen Winkelfehler
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kompensieren zu können, ist mit der Neigungsmeßeinrichtung 12 zyklisch die Neigung der Fahrzeuglängsachse festzustellen. In einfachster Weise wird dazu ein Lagesensor 20 verwendet, wie er in Figur 6 schematisch dargestellt ist. Er besteht aus einem im Fahrzeug angeordneten Körper 21, der auf einer festen Unterlage 22 aufliegt und seitlich von zwei Drucksensoren 23, 2h gehalten ist. Die Unterlage 22 befindet sich in der Fahrebene des Fahrzeugs, während der Drucksensor 23 in Fahrrichtung gesehen senkrecht dazu hinter dem Körper 21 und der Lagesensor 24 vor dem Körper 21 angeordnet ist. Aus dem in Figur 2 dargestellten Beschleunigungskräfteparallelogramm, welches am Körper 21 angreift, ergibt sich eine Hangabtriebsbeschleunigung a die je nach Gefälle oder Steigung vom Drucksensor 23 oder 24 gemessen wird und die bekannte Erdbeschleunigung g, die in vertikaler Richtung am Körper 21 angreift. Wird das Fahrzeug 19 beschleunigt oder abgebremst, so tritt zusätzlich am Körper 21 noch eine Beschleunigung bzw. Abbremsung ± c auf, die in gleicher oder entgegengesetzter Richtung wie die Hangabtriebsbeschleunigung a wirkt. Die von den Drucksensoren 23 und 24 abgegebenen und der Auswerteschaltung 11 zugeführten Signale stellen daher die gesamte, am Körper 21 in Fahrrichtung wirksame Beschleunigung a' dar, die sich ergibt aus der Gleichung: a' = a + c . Bei stehendem oder mit gleichförmiger Geschwindigkeit fahrendem Fahrzeug 19 ist die am Körper 21 wirkende Beschleunigung c = 0. Für den Steigungswinkel ergibt
Figure imgf000009_0001
sich dann die Gleichung: sin = a/g. (a = a')
Figure imgf000009_0002
Beim Beschleunigen oder Abbremsen des Fahrzeugs 19 muß dagegen die dann vom Lagesensor 20 gemessene Gesamtbeschleunigung a' um die Beschleunigung c korrigiert werden. Die Ermittlung dieser Beschleunigung geschieht in einfachster Weise mit einem Fahrgeschwindigkeitsgeber 25 oder mit Tachometersignalen. Die Fahrgeschwindigkeitssignale werden in der Auswerteschaltung auf ein Differenzierglied gegeben, um eine Größe für die Signaländerung und damit für die Beschleunigungs- bzw. Abbremsungskraft c zu gewinnen. In der Rechenstufe 16 kann aus den so ermittelten Größen der Steigungswinkel nach der
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Gleichung: sin = (a' - c)/g
Figure imgf000009_0004
ermittelt werden.
Mit Hilfe des Flußdiagrammes in Figur 7 soll nun das Verfahren zur Ermittlung der Fahrrichtung des Fahrzeuges 19 mit der Korrektur von neigungsabhängigen Winkelfehlern näher erläutert werden. Nach dem Start des Programms der Auswerteschaltung 11 wird im ersten Programmschritt 26 geprüft, ob in der Auswerteschaltung 11 bereits eine Eichgröße E gespeichert ist. Sofern das noch nicht Fall ist, wird in einem Programmabschnitt 27 über die Korrekturstufe 17 der Inklinationswinkel
Figure imgf000009_0006
des Erdfeldes eingegeben und daraus eine Eichgröße E gebildet, die in der Speicherstufe 14 abgelegt wird. Der Inklinationswinkel
Figure imgf000009_0005
bzw. der Inklinationswert für den Bereich, in dem das Fahrzeug gefahren wird, kann dabei in einfachster Weise aus einer mit Inklinationslinien versehenen Landkarte entnommen und über Eingabetasten in die Auswerteschaltung 11 eingegeben werden. In einem weiteren Programmabschnitt 28 wird nun mit der Neigungsmeßeinrichtung 12 die Gesamtbeschleunigung a' und die augenblickliche Fahrgeschwindigkeit v gemessen und die Werte werden als Meßsignale der Auswerteschaltung 11 zugeführt und dort zwischengespeichert. Im nachfolgenden Programmabschnitt 29 wird mit der Rechenstufe 16 der Auswerteschaltung 11 aus der Funktionsgleichung:
Figure imgf000010_0004
y = f (a' , dv/dt, g) der Neigungswinkel des Fahrzeugs bezüglich seiner Längsachse ermittelt und zwischengespeichert. Dabei wird die Geschwindigkeitsänderung dv/dt diskret aus der Differenz der gemessenen Geschwindigkeit v zur zwischengespeicherten vorhergehenden Geschwindigkeit dividiert durch die dafür benötigte Zeit bestimmt. Im nächsten Programmabschnitt 30 wird das vom Sensor 10 gemessene Magnetfeld H mit den Komponenten Hx, Hy an der Rechenstufe 15 der Auswerteschaltung 16 eingelesen und im Abschnitt 31 wird aus den im Speicher 14 abgelegten Werten der Ortskurve O, des Erdfeldes He (Figur 3) nach der Funkticnsgleichung: = f (H, Hs, He)
Figure imgf000010_0002
der nicht korrigierte Richtungswinkel des Fahrzeugs 19 zur Nordrichtung ermittelt. Mit diesem Richtungswinkel dem gemessenen Neigungswinkel
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y und der Eichgröße E wird nun im Programmabschnitt 32 in der Rechenstufe 18 nach der Funktionsgleichung:
Figure imgf000010_0003
der korrigierte Richtungswinkel für das Fahrzeug 19 ermittelt. Im Programmabschnitt 33 wird nun dieser Wert auf die Anzeige 13 gegeben. Die Anzeige 13 kann dabei nach Art einer Windrose die Fahrrichtung durch einen Pfeil angeben oder die Fahrrichtung im Hinblick auf ein vorgegebenes Ziel anzeigen.
Nach der Ausgabe springt das Programm nunmehr wieder auf den Programmabschnitt 18 zurück, in dem erneut zur Ermittlung des Neigungswinkels y die Daten der Neigungsmeßeinrichtung 12 in die Auswertεschaltung 11 eingelesen werden Dieser Programmabschnitt sowie die nachfolgenden Abschnitte 29 bis 33 werden vom Programm zyklisch durchlaufen, so daß jede Änderung der Fahrrichtung und der Fahrzeugneigung in der Längsachse erfaßt und die Anzeige entsprechend korrigiert wird.
Mit der Auswerteschaltung 11 nach Figur 1 ist es auch möglich, auf die Eingabe des Inklinationswinkels zu verzichten und stattdessen mit dem Fahrzeug 19 eine Eichmessung vorzunehmen. Zu diesem Zweck wird das Fahrzeug 19 mit der Längsachse auf eine bestimmte Himmelsrichtung, z.B. in Richtung Osten und mit einem bestimmten Steigungswinkel, z.B. 10º aufgestellt. Anstelle der Eingabe des Inklinationswinkels im Programmabschnitt 27 nach Figur 7 wird dann gemäß Figur 8 in einem ersten Schritt 27a der Richtungswinkel - 90º, den das Fahrzeug zur Nordrich
Figure imgf000011_0002
tung einnimmt und der Steigungswinkel = 10º in die
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Korrekturstufe 17 der Auswerteschaltung 11 eingegeben. In einfachster Weise kann hierzu eine Eichtaste gedrückt werden, wenn das Fahrzeug die vorgegebene Position eingenommen hat. Im nächsten Schritt 27b wird in der Eichstellung des Fahrzeugs 19 vom Sensor 10 das dort wirksame Magnetfeld Ho gemessen und im Schritt 27c wird von der Rechenstufe 15 aus dieser Meßgröße der Richtungswinkel s
Figure imgf000011_0004
ermittelt und in der Speicher stufe 1 4 abgelegt. Im Schritt 27d wird nun aus den eingegebenen Daten y und dem
Figure imgf000011_0003
gemessenen Richtungswinkel in der Korrekturstufe 17
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die Eichgröße E nach der Funktionsgleichung:
E = f
Figure imgf000011_0006
p ermittelt und in der Speicher stufe 14 abgespeichert. Während der Fahrt wird dann die Fahrrichtung nach dem in Figur 7 dargestellten Flußdiagramm mit den Abschnitten 28 bis 33 zyklisch ermittelt und angezeigt. Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt, da ein solcher elektronischer Kompaß zur Bestimmung der Fahrrichtung sowohl für Luftfahrzeuge als auch für Wasserfahrzeuge verwendet werden kann. Außerdem läßt sich der Kompaß nicht nur zur Bestimmung der Fahrrichtung verwenden, sondern ganz allgemein zur Navigation von Fahrzeugen, die beispielsweise von einem fest vorgegebenen Ausgangspunkt zu einem bestimmten Ziel gesteuert werden sollen. In einem solchen Fall werden beispielsweise die Signale des Fahrgeschwindigkeitgebers gemeinsam mit der vom Kompaß ermittelten Fahrrichtung zur Ermittlung des jeweiligen Standortes des Fahrzeugs 19 benutzt. Zusätzlich zur Ermittlung der Fahrzeugneigung bzw. -Steigung kann mit einer entsprechend aufgebauten Auswerteschaltung zusammen mit den Wegsignalen auch die jeweilige Standorthöhe des Fahrzeuges berechnet und angezeigt werden. Zur Nacheichung der Höheninformationen ist jedoch von Zeit zu Zeit ein vorgegebener Höhenstützpunkt einzugeben.
Auch kann anstelle des in Figur 5 dargestellten Lagesensors 20 ein Pendel oder eine andere Vorrichtung zur Messung der Neigung des Fahrzeugs verwendet werden. Auch kann die Unterlage 25 für den Körper 21 als Drucksensor ausgebildet sein. Dies hätte den Vorteil, daß die Bremsoder Beschleunigungskraft auf diesen parallel zur Fahrebene liegenden Drucksensor nicht einwirkt, eine Änderung des Meßsignales an diesem Sensor daher unmittelbar zur Ermittlung der Fahrzeugneigung verwendet werden könnte. Nachteilig ist jedoch, daß ein solcher Drucksensor gegen Stöße durch Unebenheiten in der Fahrbahn und dgl. abgefedert werden muß.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Korrektur von Winkelfehlern bei der Ermittlung der Fahrrichtung von Fahrzeugen mit einem elektronischen Kompaß, der ein am Fahrzeug fest angeordnetes Magnetometer mit zwei waagerecht angeordneten Sonden auf rechtwinklig zueinanderliegenden Achsen zur Messung des Magnetfeldes und eine damit verbundene Auswerteschaltung hat, in welche die vom gemessenen Magnetfeld abhängigen elektrischen Signale zur Errechnung der Fahrrichtung erfaßt werden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kompensation des Winkelfehiers
Figure imgf000013_0001
der Fahrrichtung der von der Neigung
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des Fahrzeugs (19) in der Fahrrichtungslängsachse (x) abhängig ist, zunächst der Inklinationswinkel (oc) des Erdfeldes (He) als Eichgröße (E) in die Auswerteschaltung eingegeben und gespeichert wird, daß anschließend mit einer Neigungsmeßeinrichtung (12) der Neigungswinkel des Fahrzeugs zyklisch ermittelt wird
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und daß schließlich aus der in der Auswerteschaltung (11) mit dem vom Magnetometer (10) abgegebenen elektrischen Signalen errechneten Fahrrichtung
Figure imgf000013_0003
sowie aus der Eichgröße (E) und dem errechneten Neigungswinkel
Figure imgf000013_0004
y nach einer Funktionsgleichung ) die
Figure imgf000013_0008
korrigierte Fahrrichtung
Figure imgf000013_0005
y ermittelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel aus der Erdbeschleunigung(g) und
Figure imgf000013_0006
der Hangabtriebsbeschleunigung (a) eines im Fahrzeug (19) gelagerten Körpers (21) ermittelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel
Figure imgf000014_0001
in der Auswerteschaltung (11) gemäß der Gleichung sin
Figure imgf000014_0002
= (a'- c)/g berechnet wird, wobei a' die gesamte, am Körper (21) in Fahrrichtung wirksame Beschleunigung, c die Beschleunigung des Fahrzeuges (19) in Fahrrichtung und g die Erdbeschleunigung ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe c in der Auswerteschaltung (11) aus der Signaländerung (dv/dt) eines Fahrgeschwindigkeitsgebers (25) errechnet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 , dadurch gekennzeichnet, daß die Eichgröße (E) aus einer mit Inklinationslinien versehenen Landkarte entnommen und über Eichtasten in die Auswerteschaltung (11) eingegeben wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 , dadurch gekennzeichnet, daß das Fahrzeug (19) zunächst in eine vorgegebene Himmelsrichtung und mit einer vorgegebenen Neigung der Längsachse aufgestellt wird, daß die Himmelsrichtung und die Neigung als feste Größen in die
Figure imgf000014_0003
Auswerteschaltung (11) eingegeben werden, daß bei dieser Aufstellung des Fahrzeuges (19) aus den elektrischen Signalen des Magnetometers (10) die Fahrrichtung
Figure imgf000014_0004
) errechnet wird und daß schließlich aus den eingebenen Größen und der errechneten Fahrrichtung (
Figure imgf000014_0005
) die Eichgröße (E) nach einer Funktionsgleichung (E = f ( y ) )
Figure imgf000014_0006
ermittelt und abgespeichert wird.
Figure imgf000014_0007
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