DE2651678C2

DE2651678C2 - Kursmeßgerät für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE2651678C2
Application number: DE19762651678
Authority: DE
Inventors: Paul Dr.rer.nat. 6900 Heidelberg Müller
Original assignee: Teldix GmbH
Current assignee: Rockwell Collins Deutschland GmbH
Priority date: 1976-11-12
Filing date: 1976-11-12
Publication date: 1986-05-22
Also published as: DE2651678A1

Description

60° gegeneinander verdrehten Aufnehmerspulen zur Horizontalkomponentenbestimmung. Hier muß eine phasengerechte Addition erfolgen, um den Betrag der Horizontalkomponente bzw. des Erdmagnetfeldes zu erhalten. Diese Änderungen bestimmter Größe werden erfindungsgemäß zum Erkennen der Feldverzerrungen ausgenützt, indem dann die Auswertung des Ausgangswertes des Sensors unterdrückt wird und dafür ein Richtungsgeber 2-um Einsatz kommt, der an sich nicht ausreichend genau arbeitet, jedoch für eine kurze Zeitdauer ausreichend genau ist

Als Richtungsgeber könnte ein den Lenkeinschlag messender Geber benutzt werden, aber auch ein billiger Wendekreisel oder ein billiger Kurskreisel Diese Geber stellen die Änderung der Richtung gegenüber der bei Abschaltung gefahrenen Richtung fest, so daß sich hieraus die augenblickliche Fahrtrichtung ungefähr ergibt

Zur Ermittlung der Quadratsumme können zwei gesonderte, um 90° gegeneinander versetzte, in der Horizontalebene angeordnete und auf die Horizontalkomponente des Erdmagnetfelds ansprechende Aufnehmerspulen vorgesehen sein, deren Ausgangssignale einer nachgeschalteten Quadrier- und Summierstufe zugeführt werden. Ist die Summe um einen bestimmter Wert größer oder kleiner als ein vorgegebener Vergleichswert, so wird ein Ausgangssignal erzeugt das dann die Einbeziehung des Signals des anderen Richtungsgebers veranlaßt.

Dies gilt in gleicher Weise, wenn zu den beiden genannten Aufnehmerspulen bekannter Bauart eine dritte für die Vertikalkomponente des Erdmagnetfeldes tritt und dann die Summe der Quadrate aller drei Komponenten gebildet wird. Die einzelnen Aufnehmerspulen können dabei sowohl Teil des Sensors sein, der auf das Erdmagnetfeld anspricht und aus dessen Signalen der Kurswert normalerweise gewonnen wird als auch der Meßmittel, mit de^ren Hilfe die Feldverzerrungen ermittelt werden.

Wertet man zur Ermittlung von Verzerrungen nur die Horizontalkomponenten aus, so muß darauf geachtet werden, daß nicht durch Schräglage des Fahrzeugs und der darauf montierten Aufnehmerspulen Fehlmessungen Zustandekommen. Fehler durch Schräglagen lassen sich durch Verwendung einer Anordnung zur Horizontierung (z. B. kardanische Aufhängung) oder durch rechnerische Berücksichtigung des Neigungswinkels vermeiden. Bei Auswertung aller drei Komponenten spielt dagegen ein Neigungsfehler keine Rolle und Maßnahmen zur Ausschaltung sind nicht notwendig.

Bei Ausnutzung der Vertikalkomponente des Erdmagnetfeldes zur Verzerrungserkennung wird der Betrag der gemessenen Vertikalkomponenten mit einem (von der geographischen Breite abhängigen) vorgegebenen Vergleichswert verglichen, wobei bei Abweichung um einen vorgegebenen Betrag die »Umschaltung« auf den anderen Richtungsgeber erfolgt. Auch hier muß vermieden werden, daß Schräglagen des Fahrzeugs die aufgenommene Vertikalkomponente verfälschen.

Anhand des Blockschaltbilds der Zeichnung soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert werden. Dort ist mit 1 der Block bezeichnet, der die Aufnehmerspulen für die Horizontalkomponenten enthält, die z. B. den Aufnehmerspulen 36 und 38 der deutschen Patentschrift 8 40 449 entsprechen können. Die im Block 1 gewonnenen Signale werden der Auswerteschaltung 2 zugeführt, die hieraus ein dem Kurswert entsprechendes Signal erzeugt. Dieses wird über den elektronischen Schalter 3 und über den Block 4 dem Navigationsrechner 5 zugeführt, der aus diesem Kurswert und dem vom Weggeber 6 kommenden Signal den Standort ermittelt Der Block 5 kann in Anlehnung an das in der deutschen Patertschrift 23 01 054 beschriebene System, jedoch auch ein Sender sein, der das Kurssignal und das Wegesignal zu einer ortsfesten Station zur dortigen Standortanzeige übermittelt

Die Signale Si und Si der beiden um 80° versetzten Aufnehmerspulen des Blocks 1 für die Horizontalkomponenten werden zusammen mit dem Signal S3 des im Block la untergebrachten Aufnehmerspulen für die Vertikalkomponente (z. B. entsprechend 40/42 der deutschen Patentschrift 8 40 449) dem Quadrier- und Summierglied 7 zugeführt, das ein Signa! S²I + S^ + S^ bildet und dieses Summensignal mit einem vorgegebenen Betrag Svergleicht Ist

15-(S²I +S²Z-I-S²S)I > 4S

(wobei Δ S ein konstanter vorgegebener Wert ist), so wird vom Block 7 ein das Vorhandensein von starken Verzerrungen des magnetischen Erdfelds an dem Aufnahmeort kennzeichnendes Signal abgegeben, das folgende Vorgänge auslöst:

1. Der elektronische Schalter 3 wird in die nicht gezeichnete Stellung gebracht (über Leitung 10), so daß nun nicht mehr der Kurswert des Blocks 2 zum Rechner (Sender) 5 gelangt, sondern ein von einem anderen Richtungsgeber abgeleiteter Kurswert

2. Im Speicher- und Differenzglied 9 wird über Leitung 11 der bei Auftreten des Ausgangssignals des Blocks 7 von einem billigen und ungenauen Kurskreisel 8 abgegebene augenblickliche Richtungswert gespeichert und in der Folge wird im Block 9 die Differenz zwischen diesem Speicherwert und dem vom Kurskreisel abgegebenen Augenbückswert gebildet. Diese Differenz stellt die Änderung des Kurswerts gegenüber dem Umschaltzeitpunkt dar. Dieser Wert gelangt nun über den Schalter 3 zum Summierglied 4. Anstelle des Kurskreisels könnte auch ein Wendekreisel oder ein Geber für den Lenkwinkeleinschlag verwendet werden.

3. Das Ausgangssignal des Blocks 7 bewirkt zusätz-Hch eine Speicherung des zuletzt vor der Umschaltung vom Block 2 abgegebenen Kurswerts im Speicher 12 (über Leitung 13).

4. Über Leitung 14 wird der Summierblock 4 aktiviert, der nun aus dem Speicherwert des Speichers

12 und dem vom Block 9 kommenden Änderungswert durch Summen- oder Differenzbildung den neuen Kurswert ermittelt und dem Rechner (Sender) 5 zuführt.

Mit dem Ende des die Feldverzerrung anzeigenden Ausgangssignals wird dann wieder auf die Auswertung der mittels der im Block 1 befindlichen Sensoren gewonnenen Signale rückgeschaltet.
Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, daß ein an sich bei den gegebenen Verhältnissen nicht einsetzbarer, jedoch preiswerter Sensor unter Benutzung eines ungenauen und billigen zweiten Richtungsgebers, der seinerseits nie allein zur Meßwertgabe benutzt werden könnte, einsetzbar gemacht wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kursmeßgerät für ein Fahrzeug, enthaltend einen die Richtung der Fahrzeugachse gegenüber der magnetischen Nordrichtung ermittelnden, auf das Erdmagnetfeld ansprechenden Sensor sowie eine Auswerteschaltung zur Ermittlung des Fahrzeugkurses, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Sensor mit wenigstens zwei unter einem Winkel gegeneinander verdreht angeordneten Aufnehmerspulen zur Messung der Komponenten des Magnetfeldes in der Horizontalebene vorgesehen ist und eine Auswerteschaltung (2) zur Bildung einer vom Betrag der Horizontalkomponente des einwirkenden Magnetfeldes abhängigen Größe vorgesehen ist, wobei diese Größe mit einem Sollwert verglichen wird und ab einer vorgegebenen Abweichung ein Ausgangssignal erzeugt wird, daß ein in einem kurzen Zeitraum ausreichend genau den Kurs oder die Kursänderungen wiedergebender dritter Sensor (8) vorgesehen ist, und daß das Ausgangssignal dazu dient, die von dem dritten Sensor ermittelten Werte für die Zeitdauer dieses Ausgangssignals anstelle der Meßwerte des auf das Erdmagnetfeld ansprechenden Sensors in den Kurswert eingehen zu lassen oder ihn zu bilden.

2. Kursmeßgerät für ein Fahrzeug, enthaltend einen die Richtung der Fahrzeugachsen gegenüber der magnetischen Nordrichtung ermittelnden auf das Erdmagnetfeld ansprechenden Sensor und einen auf die Vertikalkomponente des Erdmagnetfelds ansprechenden weiteren Sensor sowie eine Auswerteeinrichtung zur Ermittlung des Fahrzeugkurses, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vergleichseinrichtung vorgesehen ist, die die vom weiteren Sensor ermittelte Vertikalkomponente mit einer Sollgröße vergleicht und die ab einer vorgegebenen Abweichung infolge von äußeren Störfeldern ein Ausgangssignal erzeugt, daß ein in einem 'kurzen Zeitraum ausreichend genau den Kurs oder die Kursänderung wiedergebender dritter Sensor (8) vorgesehen ist, und daß das Ausgangssignal dazu dient, die von dem dritten Sensor (8) ermittelten Werte für die Zeitdauer dieses Ausgangssignals anstelle der Meßwerte des auf das Erdmagnetfeld ansprechenden Sensors in den Kurswert eingehen zu lassen oder ihn zu bilden.

3. Kursmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnehmerspulen um 90° gegeneinander verdreht sind und daß die Auswerteschaltung derart ausgelegt ist, daß sie aus den Meßwerten der Aufnehmerspulen die Quadrate und deren Summe bildet, welche die von dem einwirkenden Magnetfeld abhängige Größe darstellt.

4. Kursmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Aufnehmerspulen in einer Ebene um 90° gegeneinander verdreht und eine dritte Aufnehmerspule senkrecht dazu angeordnet sind und daß die Auswerteschaltung (2) derart ausgebildet ist, daß sie aus den Meßwerten der Aufnehmerspulen die Quadrate und deren Summe bildet, welche die von dem einwirkenden Magnetfeld abhängige Größe darstellt.

5. Kursmeßgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Sensor wenigstens teilweise durch den auf das Erdmagnetfeld ansprechenden Sensor gebildet wird.

Die Erfindung betrifft ein Kursmeßgerät für ein Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 oder 2.

Sensoren, die auf das Erdmagnetfeld ansprechen und den Winkel zwischen der magnetischen Nordrichtung und der augenblicklichen Ausrichtung des Sensors, d. h. der Fahrzeuglänge messen, sind in vielfältiger Form bekannt. Es wird als Beispiel auf die Anordnung der F i g. 1 des deutschen Patents Nr. 8 40 449 hingewiesen.

ίο Werden solche auf das Erdmagnetfeld ansprechende Sensoren in einer Umgebung verwendet, die zeitweise Verzerrungen des Erdmagnetfeldes verursacht, so können sehr große Meßfelder festgestellt werden. Dies ist z. B. bei Einsatz solcher Sensoren auf im Stadtbereich verkehrenden Fahrzeugen der Fall, da hier einerseits durch Eisenmassen in den benachbarten Gebäuden Umlenkungen des Magnetfeldes und andererseits durch Gleichstrom führende Leiter, z. B. Straßenbahnoberleitungen, verfälschende Feldübertragungen zustandekommen können. Dabei können Verfälschungen der Messung bis zu 30° eintreten. Andererseits ist jedoch der Einsatz solcher preiswerter Sensoren z. B. als Richtungsgeber für das aus der deutschen Patentschrift Nr. 23 01 054 bekannte Standortanzeigesystem von Fahrzeugen in einer Stadt von größtem Interesse.

Aus der DE-OS 24 00 002 eine Kursmeßvorrichtung bekannt, die drei orthogonal angeordnete Spulen aufweist zur Bestimmung des Erdfeldvektors. Zur Sensierung der Lotrechten ist diese Kursmeßvorrichtung mit einem Vertikalkreisel verbunden, wodurch die Horizontalkomponente des Erdmagnetfeldes bestimmt werden kann. Zur Kompensation von Störfeldern (hartmagnetische Felder des Flugzeugs) wird hier vorgeschlagen, die Spulen mit Gleichströmen entsprechender Größe zu beaufschlagen. Dieses Verfahren mag zwar für Flugzeuge, die sich in einem relativ ungestörten Erdmagnetfeld bewegen, ausreichen, für Landfahrzeuge ist aus obengenannten Gründen, welche die kurzzeitige Verfälschung der Messungen bis 30° bewirken, diese Kompensation nicht ausreichend.

Aus der DE-OS 25 55 484 ist ebenfalls ein Kompensationsverfahren für eine Kursmeßvorrichtung in einem Flugzeug dargestellt. Dieses berücksichtigt nur Schräglagewinkel, die von einer zusätzlichen Azimut-Referenz sensiert und wobei ein entsprechendes Korapensationssignal gebildet wird.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, die Einsatzmöglichkeiten von derartigen Sensoren auch dort zu ermöglichen wo zeitweise verfälschte Erdmagnetfelder auftreten und zumindest ungefähr die Fahrtrichtung dauernd als Meßgröße zur Verfügung stehen muß.

Gelöst wird diese Aufgabe bei einem Kursmeßgerät gemäß dem Patentanspruch 1 oder 2 durch die kennzeichnenden Merkmale des jeweiligen Anspruchs.

Die erfindungsgemäße Ausbildung beruht auf der Tatsache, daß in einem begrenzten Gebiet die Vertikalkomponente des Magnetfeldes bzw. der Betrag des Erdmagnetfeldes und somit die Summe der Quadrate der unter 90° zueinander gemessenen Horizontalkomponenten plus dem Quadrat der Vertikalkomponente als konstant anzusehen ist und daß bei wesentlichen Feldschwächungen durch die Eisenmassen der Häuser bzw. wesentlichen Feldüberlagerungen durch Gleichströme sich auch die Größe der genannten Hilfsgrößen (Vertikalkomponente bzw. Quadratsummen) stark ändern. Der Erfindungsgedanke läßt sich auch bei anderer (als 90°) Komponentenausmessung anwenden; z. B. mit drei