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Die Erfindung bezieht sich auf eine Kursermittlungseinrichtung mit einem in einem Fahrzeug angeordneten Kursmeßgeber und einer Signalverarbeitungseinrichtung, die den Fahrzeugkurs durch Feststellung der Erdmagnetfeldrichtung in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Kursmeßgebers ermittelt, wobei durch eine Einrichtung magnetische Einwirkungen eines Restmagnetismus zeigenden magnetischen Fahrzeugteils auf den Kursmeßgeber verringerbar sind.
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Aus der DE-OS 29 29 504 ist eine Kursermittlungseinrichtung dieser Art bekannt, bei der zur Kompensation von durch einen möglicherweise vorhandenen Restmagnetismus von Fahrzeugteilen hervorgerufenen magnetischen Einwirkungen auf den zur Kursermittlung vorgesehenen Kursmeßgeber dessen Meßspulen derart mit Korrekturströmen gespeist werden, daß eine diesen Restmagnetismus kompensierende Magnetfeldkomponente erzeugt und damit die meßergebnisverfälschende Eigenmagnetisierung des Fahrzeugs kompensiert wird. Auf diese Weise läßt sich zwar die ebenfalls bekannte Verwendung zusätzlicher Dauermagnete zur Magnetfeldkompensation umgehen, jedoch müssen die Korrekturströme für den Kursmeßgeber nachteiligerweise bei jedem einzelnen Fahrzeug gesondert einjustiert werden, da die jeweilige Fahrzeugmagnetisierung von Fahrzeug zu Fahrzeug unterschiedlich ist.
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Weiterhin ist es aus der Literaturstelle "Lexikon der Physik", Franckh'sche Verlagsbuchhandlung, Stuttgart, 1969, S. 11 und 12, bekannt, magnetisch abzuschirmende Räume mit einer Hülle aus ferromagnetischem Material vollständig zu umgeben. Eine derartige vollständige Abschirmung kann jedoch bei Kursmeßgebern naturgemäß nicht in Betracht gezogen werden.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kursermittlungseinrichtung der eingangs genannten Art derart auszugestalten, daß eine effektive Verringerung der Auswirkungen von vorhandenem Restmagnetismus von Fahrzeugteilen auf die Genauigkeit der Richtungsermittlung mit einfachen Maßnahmen und geringem Aufwand erzielbar ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Einrichtung aus einem nur zwischen dem magnetischen Fahrzeugteil und der Oberfläche des Kursmeßgebers angeordneten flächigen Abschirmteil mit höherer Permeabilität als das magnetische Fahrzeugteil besteht, das die vier- bis sechsfache Grundfläche des Kursmeßgebers aufweist, und daß der Kursmeßgeber zur Optimierung des Verhältnisses der Erdmagnetfeldkomponente und der am Ort des Kursmeßgebers vom Restmagnetismus des magnetischen Fahrzeugteils hervorgerufenen Magnetfeldkomponente in einem Abstand im Bereich von 3 mm bis 20 mm zum magnetischen Fahrzeugteil angeordnet ist.
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Auf diese Weise läßt sich die Auswirkung der Eigenmagnetisierung des Fahrzeugs auf den Kursmeßgeber maßgeblich verringern und ein wesentlich höheres Signal-Störverhältnis erzielen, das eine genauere Richtungsermittlung ermöglicht. Vorteilhafterweise erfordern die erfindungsgemäßen Maßnahmen nur einen sehr geringen Aufwand, der weit unter dem für eine Kompensationsstrom-Einjustierung und die hierzu erforderlichen zusätzlichen Spannungsquellen oder dem bei Verwendung zusätzlicher Kompensations-Dauermagneten erforderlichen Aufwand liegt.
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In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gekennzeichnet.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt
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Fig. 1 eine perspektivische Ansicht der Anbringung eines Kursmeßgebers im Dachteil eines Fahrzeugs,
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Fig. 2 eine schematische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der Kursermittlungseinrichtung,
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Fig. 3 eine schematische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels der Kursermittlungseinrichtung,
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Fig. 4 eine schematische Ansicht eines dritten Ausführungsbeispiels der Kursermittlungseinrichtung und
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Fig. 5 eine schematische Ansicht eines vierten Ausführungsbeispiels der Kursermittlungseinrichtung.
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Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht der Anbringung eines Kursmeßgebers 1 im Dachbereich eines Fahrzeugs 2. Fig. 2 ist eine schematische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der Kursermittlungseinrichtung, bei dem ein flächiges Abschirmteil (3) mit hoher Permeabilität (wie beispielsweise eine amorphe Legierung oder Permalloy auf ein magnetisches Fahrzeugteil 4 , z. B. eine Stahldachplatte des Fahrzeugs 2 an der Innenseite des (in den Figuren mit A bezeichneten) Fahrzeuginnenraums aufgebracht und mittels einer geeigneten (nicht gezeigten) Befestigungseinrichtung an der Innenseite des Abschirmteils 3 in einem Abstand L der Kursmeßgeber 1 angeordnet ist.
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Es ist anzumerken, daß zwischen der Stahldachplatte und dem Fahrzeuginnenraum A ein Wärmeisoliermaterial angebracht und der Kursmeßgeber 1 dazwischen angeordnet ist. Das Meßsignal des Kursmeßgebers 1 wird einer im Fahrzeuginnenraum A angeordneten Signalverarbeitungsschaltung 5 zugeführt, von der das Signal verarbeitet und die Fahrzeugkursrichtung ermittelt wird.
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Wenn H die Feldstärke des äußeren parallelen Magnetfelds bezeichnet und H B die Feldstärke des Restmagnetismus der Stahldachplatte darstellt, dann ergibt sich die Feldstärke H S des durch den Kursmeßgeber 1 hindurch verlaufenden Magnetfelds zu:
H S = K 1 H + K 2 H B = H 1 + H 2
(H 1 = K 1 H, H 2 = K 2 H B )
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Hierbei ist K 1 ein Wert, der von den Permeabilitäten der Stahldachplatte und des flächigen Abschirmteils 3 sowie dem Abstand L abhängt, wobei angenommen ist, daß K 1 H die Erdmagnetfeld-Komponente H 1 bildet. Ferner ist K 2 ein Wert, der von der Permeabilität des flächigen Abschirmteils 3 und dem Abstand L abhängt, wobei angenommen ist, daß K 2 H B eine Restmagnetismus-Komponente H 2 bildet.
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Bei einem Abstand L von 3 mm hatte im Vergleich zum Verhältnis (Nutz/Störverhältnis der Erdmagnetfeld-Komponente H zur Restmagnetismus-Komponente H 2 ohne Verwendung des flächigen Abschirmteils 3 von 1,1, das Signal/Störverhältnis, das durch gemäß Fig. 2 erfolgtes Einsetzen des flächigen Abschirmteils 3 aus einer amorphen Legierung mit einer Grundfläche von ungefähr der 6fachen des Kursmeßgebers 1 erzielt wurde, den Wert 11, der ungefähr dem 10fachen des ersteren Werts entspricht.
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Während sich die Restmagnetismus-Komponente H 2 mit einer Steigerung des Abstands L zwischen dem Kursmeßgeber 1 und der Stahldachplatte nicht wesentlich veränderte, vergrößerte sich die Erdmagnetfeld-Komponente H 1 mit dem Ergebnis, daß bei einem Abstand L von 20 mm das Nutz/Störverhältnis ohne das flächige Abschirmteil 3 gleich 2,1 war, während das Nutz/Störverhältnis bei Einsatz des flächigen Abschirmteils 3 (amorphe Legierung) gleich 15 war, so daß das Verhältnis auf ungefähr das 7,5fache gesteigert werden konnte.
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Nach Fig. 3, die ein zweites Ausführungsbeispiel der Kursermittlungseinrichtung zeigt, ist das hochpermeable Abschirmteil 3 am Kursmeßgeber 1 angebracht, der innerhalb des Fahrzeuginnenraums A in einem Abstand L von der Stahldachplatte des Fahrzeugs 2 angeordnet ist. Wenn H die Feldstärke des äußeren parallelen Magnetfelds, H B die Feldstärke des Restmagnetismus der Stahldachplatte und H S die Feldstärke des durch den Kursmeßgeber 1 hindurch verlaufenden Magnetfelds bezeichnen, ergibt sich die Feldstärke H S &min; zu:
H S &min; = K 1&min;H + K 2&min; H B = H 1&min; + H 2&min;
(H 1&min; = K 1&min;H, H 2&min; = K 2&min;H B )
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Da hierbei die Permeabilität der Stahldachplatte hoch ist (ungefähr 100fach), ist K 1&min; ein Wert, der im wesentlichen nur von der Permeabilität des flächigen Abschirmteils 3 abhängt, wobei die Erdmagnetfeld-Komponente H 1&min; durch K 1&min;H gegeben ist. Andererseits ist K 2&min; ein Wert, der von der Permeabilität des flächigen Abschirmteils 3 und dem Abstand L abhängt, wobei die Restmagnetismus-Komponente H 2&min; mit K 2&min;H B gegeben ist. Wenn das flächige Abschirmteil 3 aus einer amorphen Legierung besteht und mit einer Grundfläche von ungefähr der 4fachen des Kursmeßgebers 1 am Kursmeßgeber 1 angebracht wird und der Abstand L gleich 3 mm ist, beträgt das Nutz/Störverhältnis der Erdmagnetfeld-Komponente H 1&min; zur Restmagnetismus-Komponente H 2&min; = 10,5. Ferner ändern sich sowohl die Erdmagnetfeld-Komponente H 1&min; und die Restmagnetismus-Komponente H 2&min; nicht wesentlich mit einer Steigerung des Abstands L, so daß unabhängig vom Abstand L ein im wesentlichen konstantes Nutz/ Störverhältnis erhalten werden kann.
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Fig. 4 ist eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels der Kursermittlungseinrichtung, bei dem an der Innenseite des Fahrzeuginnenraums A ein Abschirmteil 6 (beispielsweise aus Siliciumstahl oder kohlenstoffarmem Stahl) aufgebracht ist, das keiner magnetischen Sättigung durch den Erdmagnetismus unterliegt und im Vergleich zur Stahldachplatte eine hohe Permeabilität hat, wobei der Kursmeßgeber 1 in einem Abstand L an der Innenseite des flächigen Abschirmteils 6 angebracht ist. Während beim ersten Ausführungsbeispiel zwischen dem Kursmeßgeber 1 und dem mit Restmagnetismus behafteten magnetischen Fahrzeugteil 4 das flächige Abschirmteil 3 angeordnet ist, befindet sich beim dritten Ausführungsbeispiel zwischen dem Kursmeßgeber 1 und dem magnetischen Fahrzeugteil 4 ein Abschirmteil 6, das keiner Sättigung durch den Erdmagnetismus unterliegt. Ferner ist Wärmeisoliermaterial wie beim ersten Ausführungsbeispiel zwischen der Stahldachplatte und dem Fahrzeuginnenraum A angebracht und dazwischen der Kursmeßgeber 1 angeordnet. Das Meßsignal des Kursmeßgebers 1 wird der im Fahrzeuginnenraums A angeordneten Signalverarbeitungsschaltung 5 zugeführt, so daß das Signal verarbeitet und die Fahrzeug-Kursrichtung ermittelt wird.
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Wenn H die Feldstärke des äußeren parallelen Magnetfelds und H B die Feldstärke der Remanenz bzw. des Restmagnetismus der Stahldachplatte bezeichnen, ergibt sich die Feldstärke H S des durch den Kursmeßgeber 1 hindurch verlaufenden Magnetfelds zu:
H S = K 1 H + K 2 H B = H 1 + H 2
(H 1 = K 1 H, H 2 = K 2 H B ).
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Hierbei ist K 1 ein Wert, der von der Permeabilität der Stahldachplatte bzw. des flächigen Abschirmteils 6 sowie dem Abstand L abhängt, wobei die Erdmagnetfeld-Komponente H 1 durch K 1 H gegeben ist. Ferner ist K 2 ein Wert, der von der Permeabilität des Abschirmteils 6 und dem Abstand L abhängt, wobei die Restmagnetismus- Komponente H 2 durch K 2 H B gegeben ist.
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Bei einem Abstand L von 5 mm war das Nutz/Störverhältnis der Erdmagnetfeld-Komponente H 1 zur Restmagnetismus-Komponente H 2 gleich 0,89, wenn das flächige Abschirmteil 6 nicht eingefügt war. Wenn dagegen gemäß Fig. 4 das Abschirmteil 6 aus Siliciumstahl (0,35 mm Dicke) mit einer Grundfläche von ungefähr der 4fachen des Kursmeßgebers 1 eingefügt wurde, war das sich ergebende Nutz/Störverhältnis gleich 2,6, was eine Verbesserung um ungefähr das 3fache darstellt. Wenn ferner in gleicher Weise ein flächiges Abschirmteil 6 aus kohlenstoffarmem Stahl (0,6 mm Dicke) verwendet wurde, war das sich ergebende Nutz/Störverhältnis gleich 4,03, was eine Verbesserung auf ungefähr das 4,5fache darstellt.
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Bei Vergrößerung des Abstands L zwischen dem Kursmeßgeber 1 und der Stahldachplatte veränderte sich die Restmagnetismus-Komponente H 2, während sich jedoch die Erdmagnetfeld-Komponente H 1 erhöhte. Damit war bei einem gewählten Abstand L von 20 mm das sich ergebende Nutz/Störverhältnis ohne das flächige Abschirmteil 6 gleich 1,4, während das Nutz/ Störverhältnis bei Verwendung des Abschirmteils 6 aus Siliciumstahl gleich 4,5 und bei Verwendung des Abschirmteils 6 aus kohlenstoffarmem Stahl gleich 6,3 war, wodurch sich eine Verbesserung des Verhältnisses auf das 3,3fache bzw. das 4,6fache ergab.
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Die Ermittlungsergebnisse von acht Kursrichtungen mittels der Signalverarbeitungsschaltung 5 haben gezeigt, daß bei einem Abstand L von 5 mm ohne Verwendung des flächigen Abschirmteils 6 der Kursanzeigefehler 40,5° beträgt. Demgegenüber betrug der Fehler bei Verwendung eines flächigen Abschirmteils 6 aus Siliciumstahl 11° und bei Verwendung eines flächigen Abschirmteils 6 aus kohlenstoffarmem Stahl 11,5°, so daß der Kursanzeigefehler auf ungefähr ein Viertel verringert werden konnte. Ferner betrug der auf die Drehrichtung des Kursmeßgebers 1 bzw. die Hysterese zurückzuführende Fehler in beiden Fällen ungefähr 2°. Wenn ein Abschirmteil 6 aus einer (einer magnetischen Sättigung durch das Erdmagnetfeld 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. Wenn daher durch den Erdmagnetismus eine magnetische Sättigung hervorgerufen wird, hat dies eine auf die Drehrichtung des Kursmeßgebers 1 zurückzuführende Hysterese zur Folge.
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Zur möglichst weitgehenden Verringerung des Kursanzeigefehlers und der Hysterese sollte das flächige Abschirmteil 6 somit aus einem Material bestehen, das im Vergleich zur Stahldachplatte des Fahrzeugs 2 eine möglichst hohe Permeabilität hat und keiner magnetischen Sättigung unterliegt, wie beispielsweise Siliciumstahl oder kohlenstoffarmer Stahl.
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In Fig. 5 ist eine schematische Ansicht eines vierten Ausführungsbeispiels der Kursermittlungseinrichtung gezeigt, das eine Abwandlung des dritten Ausführungsbeispiels darstellt. Bei diesem vierten Ausführungsbeispiel ist das flächige Abschirmteil 6 am Kursmeßgeber 1 angebracht, welcher seinerseits in einem Abstand L von der Stahldachplatte des Fahrzeugs 2 im Fahrzeuginnenraum A angeordnet ist. Durch diese Anbringung des flächigen Abschirmteils 6 am Kursmeßgeber 1 können diese Teile zu einer Fühler- bzw. Meßgebereinheit zusammengefaßt werden, wobei die gleiche Wirkung wie im Falle der Anbringung des flächigen Abschirmteils 6 an der Stahldachplatte 4 erzielbar ist.