DE3150872A1 - "kursermittlungsvorrichtung" - Google Patents

Description

_ Dipl.-Ing. H. Tiedtke f

IRUPE - ΓELLMANN Dipl.-Chem. G. Bühling

Dipl.-Ing. R. Kinne Dipl.-Ing. R Grupe Dipl.-Ing. B. Pellrnann

Bavariaring 4, Postfach 20 2403 8000 München 2

Tel.: 0 89-5396 53

Telex: 5-24845 tipat

cable: Germaniapatent München

22.Dezember 1981

DE 1777 case A 5865-02 Soken

Nippon Soken, Inc. Nishio-shi, Japan

Kursermittlungsvorrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kursermittlungsvorrichtung mit einem Kursmeßgeber für die Erfassung des Erd-Magnetfelds zum Bestimmen der Vorwärtsrichtung eines bewegbaren Objekts.

Herkömmlicherweise bestand das Vorgehen in der Praxis darin, daß bei dem Einbau einer derartigen Kursermittlungsvorrichtung in ein Fahrzeug die durch die Remanenz V)ZW. den Restmagne b i kiiiuj.; des Fahrzeugn und dergleichen verursachte Verzerrung dcju Magnetfelds in ί L Hilfe irgendwelcher äußerlich angebrachter Kompensationsmagneten kompensiert wurde, um auf diese Weise die Fahrzeug-Kursrichtung zu ermitteln.

Bei dem bekannten Aufbau ist es jedoch notwendig, zur Aufhebung der durch den Restmagnetismus eines Fahrzeugs hervorgerufenen Magnetfeld-Verzerrung verschiedenerlei Gesichtspunkte wie die Lage, die Anzahl und die Stärke

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der äußerlich angebrachten Kompensationsmagnete in Betracht zu ziehen, was die erforderliche Kompensation kompliziert macht. Ferner ändern sich die Feldverzerrungseigenschaften bei unterschiedlichen Fahrzeugen, was es erforderlich macht, für jedes der Fahrzeuge eine andere Kompensation vorzusehen. Weiterhin müssen Maßnahmen in Betracht gezogen werden, mit denen während des L·', in aal zei> auftretenden Änderungen der Feldverzerrungs-Eip.ensehaften dos Fahrzeuges zu begegnen ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zur Ausschaltung der vorstehend genannten Unzulänglichkeiten der herkömmlichen Vorrichtungen eine Kursermittlungsyorrichtung zu schaffen, mit der die Vorwärts-Kursrichtung eines bewegbaren Objekts genau ermittelbar ist, ohne daß irgendwelche äußerlich angebrachte Kompensationsmagnete für eine Magnetfeld-Kompensation angewandt werden; dabei soll bei der erfindungsgemäßen Kursermittlungsvorrichtung zwischen einen Kursmeßgeber und ein mit Restmagnetismus behaftetes magnetisches Teil ein Material mit Permeabilität angeordnet werden.

Erfindungsgemäß ergibt sich damit der große Vorteil, daß durch den Einsatz eines permeablen Materials zwischen einem mit Restmagnetismus behafteten magnetischen Teil und einem nahe dem magnetischen Teil angeordneten Kursmeßgeber für die Erfassung des Erdmagnetfelds und damit die Ermittlung der Vorwärts-Kursrichtung eines bewegbaren Objekts die Auswirkung des Restmagnetismus des magneti-

. sehen Teils auf die Ermittlung des Erdmagnetismus mittels des Kursmeßgebers beträchtlich verringert wird und damit die Vorwärts-Kursrichtung des bewegbaren Objekts auf genaue Weise erfaßt werden kann, ohne daß irgendein äußerer Komponsationsmagnet für die Magnetfeldkompensation verwendet wird.

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Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert .

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht, die die Anbringung eines Kursmeßgebers in dem Dachteil eines Fahrzeugs veranschaulicht.

Fig. 2 ist eine scheniatische Ansicht eines ersten Aus-TO führungsbeisp i elu der Kursermittlungnvorrichtung.

Fig. 3 ist eine schematische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels der Kursermittlungsvorrichtung.
15

Fig. 4 ist eine schematische Ansicht eines dritten Ausführungsbeispiels der Kursermittlungsvorrichtung .

Fig. 5 ist eine schematische Ansicht eines vierten Ausführungsbeispiels der Kursermittlungsvorrichtung .

Die Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Fall darstellt, bei dem ein Kursmeßgeber 1 in dem Dachbereich eines Fahrzeugs 2 angebracht ist. Die Fig. 2 ist eine schematische Ansicht, die ein erstes Ausführungsbeispiel der Kursermittlungsvorrichtung zeigt, bei dem ein Material 3 mit hoher Permeabilität (wie beispielswei-

se eine amorphe Legierung oder Permalloy) auf eine Stahldachplatte 4 des Fahrzeugs 2 an der Innenseite des (in den Fig. mit A bezeichneten) Fahrzeuginnenraums aufgebracht ist und mittels einer geeigneten (nicht gezeigten) Befestigungseinrichtung an der Innenseite des Materials

3 in einem Abstand L der Kursmeßgeber 1 angebracht ist.

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Es ist anzumerken, daß zwischen der- Stahldachplatte 4 und dem Fahrzeuginnenraum A ein Wärmeisoliermaterial angebracht ist und der Kursmeßgeber 1 dazwischen angeordnet ist. Das Meßsignal aus dem Kursmeßgeber 1 wird an eine im 'Fahrzeuginnenraum A angeordnete Signalverarbeitungsschaltung 5 abgegeben, mit der das Signal verarbeitet wird und die Fahrzeugkursrichtung ermittelt wird.

Nimmt man nun an, daß H die Stärke des äußeren parallelen Magnetfelds darstellt und H_R die Stärke des Restmagnetisrnus der Stahldachplatte 4 darstellt, dann ergibt sich die Stärke H_c des durch den Kursmeßgeber 1 hindurch verlaufenden Maj'.n'etfeldn zu:

II«, = K₁H + K₀H_n = H₁ + H₀

O J. C. D L C.

Hierbei ist K₁ ein Wert, der von den Permeabilitäten der Stahldachplatte 4 und des hochpermeablen Materials 3 sowie dem Abstand L abhängt, wobei angenommen ist, daß K₁H die Außenmagnetfeld-Komponente H₁ bildet. Ferner ist Kp ein V/ert, der von der Permeabilität des hochpermeablen Materials 3 und dem Abstand L abhängt, wobei angemen is

bildct.

^ZJ noininen ist, daß K₀II,, eine Restmagnetismus-Komponente

Wenn uer Abstand L zu 3 mm gewählt wurde, war im Vergleich zu dem Verhältnis (Nutz/Störverhältnis) der Außen-

magnetfeld-Komponente H₁ zu der Restmagnetismus-Komponente Hp bzw. die Verzerrung ohne dem hochpermeablen Material 3 mit 1,1 , das Signal/Störverhältnis, das durch gemäß der Darstellung in Fig. 2 erfolgte* Einsetzen des hochpermeablen Materials 3 aus einer amorphen Legierung

mit einer Größe von ungefähr dem 6-fachen des Kursmeßgebers 1 erzielt wurde, gleich 11, so daß dieser Wert ungefähr dem 10-fachen des ersteren Werts entspricht.

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. 1 Während sich einerseits die Restmagnetismus-Komponente H₀ mit einer Steigerung des Abstands L zwischen dem Kursmeßgeber 1 und der Stahldachplatte 4 nicht wesentlich verändert hat, wurde die Außenmagnetfeld-Komponente H. gesteigert, und zwar mit dem Ergebnis, daß bei einem Abstand L von 20 mm das Nutz/Störverhältnis ohne dem hochpermeablen Material 3 gleich 2,1 war, während das Nutz/Störverhältnis beim Einsatz des hochpermeablen Materials 3 (amorphe Legierung) gleich 15 .war, so daß das Verhältnis auf ungefähr das 7,5-fache gesteigert wurde.

Nach FLg. 3, die ein zweite« Aur.;fUhrungL;be inp ie L der Vorrichtung zeigt, ist das hochpermeable Material 3 an dem Kursmeßgeber 1 angebracht, der innerhalb des Fahrig zeuginnenraums A mit einem Abstand L von der Stahldachplatte 4 des Fahrzeugs 2 angebracht ist. Nimmt man an, daß H die Stärke des äußeren parallelen Magnetfelds ist, Hq die Stärke des Restmagnetismus der Stahldachplatte 4 ist und Η_σ' die Stärke des durch den Kursmeßgeber 1

^z . hindurch verlaufenden Magnetfelds ist, dann ergibt sich die Feldstärke H„■ zu:

Hf-VILJiIZ^-ItJ -Ul iLTI

,-· — J^₁ π + n._o n_n — π- + n_o

b 1 c. Jo JL c.

(π ι _ μ- ι it ι.) ι .- \t ι π )

V".. - J\.i Uj Up -- I^ ρ Η'

Da hierbei die Permeabilität der Stahldachplatte 4 hoch ist (ungefähr 10ü-fach), ist K ' ein Wert, der im wesentlichen nur von der Permeabilität des hochpermeablen Mate-

rials 3 abhängt, wobei die Außenmagnetfeld-Komponente H₁ ¹ durch K ' H gegeben ist. Andererseits ist K„' ein Wert, der von der Permeabilität des hochpermeablen Materials 3 und dem Abstand L abhängt, wobei die Restmagnetismus-Komponente H₀' mit K₀ ¹H_n gegeben ist. Wenn das ·

hochpermeable Material 3 aus einer amorphen Legierung

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und mit einer Größe von ungefähr dem 4-fachen des Kursmeßgeberii 1 an dem Kursmeßgeber 1 angebracht wurde und der Abstand L gleich 3 mm war, war das eine Störung verursachende Verhältnis (Nutz/Störverhältnis) der Außen- ^ magnetfeld-Komponente H₁ ' zu der Restmagnetismus-Komponente Hp' = 10,5. Ferner ändern sich sowohl die Außenmagnetfeld-Komponenten H₁ ' und die Restmagnetismus-Komponente H„' nicht wesentlich mit einer Steigerung des Abstands L, so daß es möglich ist, unabhängig von dem '" Abstand L ein im wesentlichen konstantes Nutz/Störverhältnis zu erzielen.

Die Fig. 4 ist ν ine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels der Vorrichtung, bei dem an die Innoriisoito des Fahrzeug nnenraums A ein Material 6 (wie beispielsweise Siliciumstahl oder kohlenstoffarrmer Stahl) aufgebracht ist, das keiner magnetischen Sättigung durch den Erdmagnetismus unterliegt und das im Vergleich zu der ein erstes magnetisches Teil bildenden

Stahldachplatte 4 eine hohe Permeabilität hat; der Kursmeßgeber 1 ist in einem Abstand L an der inneren Seite des Materials 6 angebracht. Das dritte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Beispiel insofern, als bei dem ersten Ausführungsbeispiel zwischen 25

den Kursmeßgeber und das mit einem Restmagnetismus behaftete erste magnetische Teil das hochpermeable Material eingesetzt, ist, während bei dem dritten Ausführunj^ibe i up ie 1 zwischen den Kurumeßgeber und das erste

magnetische Teil das Permeabilitäts-Material bzw. zweite 30

magnetische Teil gesetzt ist, das das erste magnetische Teil magnetisch abschirmt und keiner Sättigung durch den Erdmagnetismus unterliegt. Ferner ist Wärmeisoliermaterial wie beim erstenAusführungsbeispiel zwischen der Stahldachplatte 4 und dem Fahrzeuginnenraum A angebracht und dazwischen der Kursmeßgeber 1 angeordnet. Das Meßsignal des Kursmeßgebers 1 wird an die innerhalb des Fahrzeug-

(j α 0 α ό »se

O 9 9 *·«ββ

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innenraums A angeordnete SignalVerarbeitungsschaltung 5 abgogebrjn, ho daß day signal, verarbu i IpL und die Fahrzeug-Kursrichtung ermittelt wird.

Wenn H die Stärke des äußeren parallelen Magnetfelds ist und H„ die Stärke der Remanenz bzw. des Restmagne-

tismus der Stahldachplatte 4 ist, dann ergibt sich die Stärke H„ des durch den Kursmeßgeber 1 hindurch verlaufenden Magnetfelds zu:
10

HL = K₁H + K₀H_n = H₁ + H„
ο i c. ti 1 c.

Hierbei ist K₁ ein Wert, der von der Permeabilität der Stahldachplatte 4 bzw. des perrneablen Materials 6 sowie dem Abstand L abhängt, wobei die Außenmagnetfeld-Komponente H. durch K₁H gegeben ist. Ferner ist K~ ein Wert, der von der Permeabilität des permeablen Materials 6 und dem Abstand L abhängt, wobei die Restmagnetismus-Komponente Hp mit KpH gegeben ist.

Wenn der Abstand L zu -5 mm gewählt wurde, war das die Störung verursachende Verhältnis (Nutz/Störverhältnis) der Außenmagnetfeld-Komponente H₁ zu der Restrnagnetismus-Komponente H₀ gleich 0,89, wenn das permeable Material b nicht, cingnfi'igt wurde; wonn dagegen s'cmaB uvr Darstellung in.der Fig. 4 das permeable Material 6 aus Silic iurnstahl (S12, 0,35 min Dicke) in einer Größe von ungefähr dem 4-fachen des Kursmeßgebers 1 eingefügt wurde, war das sich ergebende Nutz/Störverhältnis gleich 2,6, was eine Verbesserung um ungefähr das 3-fache darstellt. Wenn ferner auf die gleiche Weise wie das SiIiciumstahl ein permeables Material 6 aus kohlenstoffarmen Stahl (SlOC, 0,6 mm Dicke) verwendet wurde, war das sich

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ergebende Nutz/Störverhältnis gleich 4,03, was eine Verbesserung auf ungefähr das 4,5-fache darstellt.

Wenn andereren i t;j der Abstand L zwischen dem Kursmeßgeb.er 1 und der Stahldachplatte 4 vergrößert wurde, hat sich die Rontmagnetismus-Komponente ?i„ nicht sehr verändert, jedoch die Außenmagnetfeld-Komponente H₁ gesteigert. Damit war bei einem gewählten Abstand L von 20 mm das sich ergebende Nutz/Störverhältnis ohne dem permeablen Material 6 gleich 1,4 , während das Nutz/Störverhältnis bei Verwendung des permeablen Materials 6 aus Siliciumstahl gleich 4,5 v/ar und bei Verwendung des perineablen Materials 6 aus kohlenstoffarmem Stahl "gleich 6,3 war; dadurch ergibt sich eine Verbesserung des Verhältnisses auf das 3,3-fache bzw. das 4,6-fache.

Die Ernii. tt lungnergebni sse von eicht Kursrichtungen mittels der Signalverarbeitungsschaltung 5 haben gezeigt, daß bei einem Abstand L von 5 mm ohne Verwendung des permeablen Materials 6 der Kursanzeigefehler 40,5 betragen hat; demgegenüber war der Fehler bei Verwendung von permeablem Material 6 aus Siliciumstahl gleich 11°

und bei Verwendung eines permeablen Materials 6 aus koh-25

lenstoffarmem Stahl gleich 11,5°; damit wurde der Kursanzeigefehler auf ungefähr ein Viertel verringert. Ferner betrug der auf die Drehrichtung des Kursmeßgebers 1 bzw. die Hysterese zurückzuführende Fehler in beiden Fällen ungefähr 2 . Wenn ein. Perrneabi litäts-Material b aus einer (einer magnetischen Sättigung durch das Erd-

magnetfeld unterliegenden) hochpermeablen amorphen Legierung verwendet wurde, waren der sich ergebende Kursanzeigefehler und 'die Hysterese jeweils 9° bzw. 15,5°. Es ist somit ersichtlich, daß der Kursanzeigefehler mit einer Steigerung der Permeabilität abnimmt, jedoch die

Neigung zu einer magnetischen Sättigung mit einer Steigerung der Permeabilität zunimmt; falls daher durch den

« β φ

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Erdmagnetismus eine magnetische Sättigung hervorgerufen wird, wird eine auf die Drehrichtung dot; Kursineßgebers 1 zurückzuführende Hy»te rono verursacht.

Aus dem Vorstehenden ist ersichtlich, daß zur weitmöglichsten Verringerung des Kursanzeigefehlers und der Hysterese das permeable Material 6 vorteilhaft aus einem Material besteht, das im Vergleich zu der Stahldachplatte 4 des Fahrzeugs 2 eine möglichst hohe Permeabilität hat und das keiner magnetischen Sättigung unterliegt, wie beispielsweise Siliciumstahl oder kohlenstoffarmer Stahl.

In der Fig. 5 ist eine schematische Ansicht eines vierten Ausführungsbeispiels der Kursermittlungsvorrichtung gezeigt, die eine Abwandlung, dors drittem Ausführungr-bo i spiels darstellt. Bei diesem vierten Auüführungsbeispie 1 ist das permeable Material (i an dem Kursmoßgeber 1 angebracht, welcher seinerseits in einem Abstand L von der

Stahldachplatte 4 des Fahrzeugs 2 im Fahrzeuginnenraum A angebracht ist. Es ist ersichtlich, daß durch dieses Anbringen des permeablen Materials 6 an dem Kursnießgeber 1 die Ausbildung dieser Teile zu einer Fühler- bzw. Meßgebereinheit ermöglicht ist und auch die gleiche Wirkung wie im Falle des Anbringens des permeablen Materials 6 an der Stahldachplatte 4 erzielbar ist.

Eine Kursermittlungsvorrichtung der Ausfuhrung, die in dein Dach eine« Fahrzeug;,; mit einem magnet iuehen To-.il (einem Stahlgehäuse) angebracht ist, das einen Restmagnetismus halten kann, und die einen nahe dem magnetischen Teil angeordneten Richtungs- bzw. Kursmeßgeber aufweist, ermittelt den Erdmagnetismus und erfaßt damit „j. die Vorwärtsrichtung des Fahrzeugs bzw. bewegbaren Objekts; die Vorrichtung v/eist ein permeable?! Teil auf,

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das zwischen dem magnetischen Teil und dem Kursmeßgeber angeordnet ist, so daß die Auswirkung des Restmagnetismus des magnetischen Teils auf die Erfassung des Erdmagnetismus mittels des Kursmeßgebers verringert ist.

Leerseite

Claims (9)

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   P Dipl.-Ing. H.Tiedtke

   ELLMANN Dipl.-Chem. G. Bühling

   Dipl.-Ing. R. Kinne
   Dipl.-Ing. R Grupe
   Dipl.-Ing. B. Pellmann

   Bavariaring 4, Postfach 202403 8000 München 2

   Tel.: 089-539653

   Telex: 5-24 845 tipat

   cable: Germaniapatent München

   22 .Dezember 1981

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   case A5865-02 Soken

   Patentansprüche

   1 j Kursermittlungsvorrichtung, mit der der Erdmagnetismus erfaßt wird, um dadurch eine Vorwärtsrichtung eines bewegbaren Objekts zu ermitteln, dan π in mannet ischer. Teil enthalt, wo Lohe:,, einen Her. Lmap.tio L i tjinuü haben kann, gekennzeichnet durch einen nahe dem magnetischen Teil (4) angeordneten Kursmeßgeber (1) zur Erfassung des Erdmagnetismus und ein zwischen dem magnetischen Teil und dem Kursmeßgeber angeordnetes Permeabilitäts-Teil (3;6).
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Permeabilitäts-Teil (3) ein Teil hoher Permeabilität int.
3. ;i. Vorrichtung nach Anspruch y, dadurch r,i:konu>'.o i chnet, daß das Teil (3) hoher Permeabilität an dem magnetischen Teil (4) angebracht ist und der Kursrneßgeber (1) in Abstand von dem magnetischen Teil angeordnet ist (Fig.2). ■
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Teil (3) hoher Permeabilität in Abstand

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   Deutsche Sank [Münchenl KU* 51/6J 070 Dtnsdnor Bank (Minchonl «to 39'ΐί· '44 Poslschcrk ίMünchen! KlO 6/Π-43-804

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   von dem magnetischen Teil (4) angeordnet und an dem ^: Meßkursgeber (1) angebracht ist (Fig.3). '
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- i

   net, daß das Permeabilitäts-Teil (6) ein zweites magneti- ·

   sches Teil ist, das den Restmagnetismus des ersten magne- I

   tischen Teils (4) magnetisch abschirmt und daß durch |;

   den Erdmagnetismus magnetisch nicht sättigbar ist. |
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich- j

   iH't-, daß dar. i'.woile niagiu¹ L i .".clic· Toil (0) t; ] nc tib'heru -

   Permeabilität als das mit dem Restmagnetismus behaftete '.■

   erste magnetische Teil (4) hat. . Γ
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch

   gekennzeichnet, daß das zweite magnetische Teil (6) ;.' an dem ersten magnetischen Teil (4) angebracht ist und ': der Kursmeßgeber (1) in Abstand von dem zweiten magnetischen Teil angeordnet ist (Fig.4). t

   I
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch [·

   [',^kennzeichnet, daß das zweite magnetische Teil (6) Γ

   in Abstand von dem ersten magnetischen Teil (4) angeord- I.

   nut und an tlein Kursmeßgeber (l) angebracht ist (Fig. '"

   5). ' -
9. 9..Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprü- j

   ehe, dadurch gekennzeichnet, daß das Permeabilitäts-Teil \

   (3; 6) aus einem Material besteht, das aus amorpher Legie- ·;

   rung, Permalloy, Siliciumstahl oder kohlenstoffarmem j

   Stahl gewählt ist. " i