Verfahren zur Ermittlung des Störeinflusses von Verbrauchern auf Naviαationssvsteme

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Ermittlung des Stör¬ einflusses von ein- und ausschaltbaren Verbrauchern und Aggregaten in Fahrzeugen auf elektronische Navigationssysteme nach dem Oberbe¬ griff des Patentanspruchs 1.

Bei einem bekannten Verfahren dieser Art (DE 35 34 480-A1) wird der Magnetfeldsensor zur Ermittlung seines endgültigen Einbauortes im Kraftfahrzeug zunächst an verschiedenen möglichen Einbauorten ange¬ heftet und dann das dort vorhandene Störfeld ermittelt. Für den vor¬ gesehenen Einbauort des Magnetfeldsensors soll das dort vorhandene Störfeld so gering sein, daß die zwei um 90° gegeneinander versetz¬ ten Sonden des Magnetfeldsensors durch das überlagerte Erdfeld nicht in ihren Sättigungsbereich gelangen. Ist ein solcher Einbauort ge¬ funden, so werden größere elektrische Verbraucher in der Nähe des Einbauortes wie Scheibenheizung, Lüfter, eingeschaltet bzw.

benachbarte Aggregate des Fahrzeugs wie Schiebedach, Getriebeschal¬ tung und dergleichen werden betätigt, um festzustellen, ob eine dadurch verursachte Störfeldänderung so groß ist, daß nun die Sonden des Magnetfeldsensors bis in die Sättigung gelangen können. Sofern auch dies nicht der Fall ist, wird die Magnetfeldsonde an den so gefundenen Einbauort fest installiert und in bekannter Weise die Ortskurve des dort wirksamen Gesa tfeldes aufgenommen und gespei¬ chert. Bei nachfolgenden Navigationsfahrten wird dann über diese Ortskurve die jeweilige Richtung des Erdmagnetfeldes ermittelt.

Bei diesem bekannten Verfahren ist außerdem vorgesehen, eine zweite Ortskurve bei eingeschaltetem Verbraucher aufzunehmen und zu spei¬ chern, sofern die dadurch verursachte Störfeldänderung innerhalb der zulässigen Grenzen im Hinblick auf die Stättigung der Sonden des M gnetfeldsensors liegt. Bei Navigationsfahrten wird dann mit dem Einschalten des Verbrauchers auf die für ihn gespeicherte Ortskurve umgeschaltet.

Da in aller Regel weitere elektrische Verbraucher oder Aggregate des Fahrzeuges Störeinflüsse auf das Navigationssystem ausüben, die nicht durch Umschalten auf verschiedene Ortskurven eliminiert wer¬ den, muß sichergestellt werden, daß derartige Störeinflüsse nur zu Winkelfehlern innerhalb vorgegebener Grenzen führen. Da diese Win¬ kelfehler sich aber nicht nur durch das Zuschalten bzw. Abschalten von Verbrauchern oder Aggregaten im Kraftfahrzeug ändern, sondern auch von der Fahrrichtung abhängig sind, können die dabei auftreten¬ den maximalen Winkelfehler mit dem bisherigen Verfahren nicht genau genug ermittelt und bewertet werden.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird angestrebt, in einfacher Weise den maximalen Winkelfehler zu ermitteln, den das Ein- und Aus¬ schalten von Verbrauchern und Aggregaten an dem vorgesehenen Einbau¬ ort des Magnetfeldsensors verursacht.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat den Vorteil, daß das Fahrzeug zur Ermittlung maximaler Winkelfelder nicht gedreht bzw. nicht in bestimmte Rich¬ tungen aufgestellt werden muß, sondern daß es zur Durchführung des Verfahrens lediglich stehen muß, wobei die Ausrichtung frei wählbar ist. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß über die zuvor in be¬ kannter Weise ermittelte und gespeicherte Ortskurve des am Magnet¬ feldsensor wirksamen Gesamtfeldes für jeden Verbraucher bzw. für mehrere Verbraucher gemeinsam jeweils der maximale Winkelfehler vom Rechner des Navigationssystemes errechnet und auf dem Display ange¬ zeigt wird und bewertet werden kann. Auf diese Weise können in rela¬ tiv kurzer Zeit diejenigen Verbraucher ermittelt werden, die den größten maximalen Winkelfehler bei der Richtungsanzeige des Naviga¬ tionssystems verursachen. Abhängig davon kann dann entschieden wer¬ den, ob der Magnetfeldsensor an dem vorgesehenen Einbauort montiert werden soll oder ob das Verfahren an einem anderen möglichen Einbau¬ ort mit dem Magnetfeldsensor wiederholt werden muß. Da für jeden Fahrzeugtyp durch empirische Untersuchungen bestimmte, bevorzugte Einbauorte für den Magnetfeldsensor bereits vorbekannt sind, läßt sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren durch geringes seitliches Verschieben des Magnetfeldsensors der optimale Einbauort relativ schnell und einfach ermitteln.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen ergeben sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Patentan¬ spruch 1 angegebenen Merkmale. Dabei werden in vorteilhafter Weise die für jeden Verbraucher errechneten maximalen Winkelfehler zwi¬ schengespeichert und mit einem vorgegebenen Toleranzwert verglichen. Wird dieser Toleranzwert durch einen maximalen Winkelfehler erstmals

überschritten, so kann der durch den dabei eingeschalteten Verbrau¬ cher verursachte Winkelfehler dadurch eliminiert werden, daß mit diesem Verbraucher in bekannter Weise eine weitere Ortskurve des am Magnetfeldsensor vorhandenen Gesamtfeldes ermittelt und abgespei¬ chert wird, über die bei nachfolgenden Navigationsfahrten der Rech¬ ner die Richtung des Erdfeldes immer dann ermittelt, wenn dieser Verbraucher zugeschaltet wird. Falls der Navigationsrechner für sol¬ che Ortskurven-Umschaltungen mehrere Eingänge aufweist, kann dieses Verfahren auch bei mehrfacher Überschreitung des Toleranzwertes für verschiedene Verbraucher vorgesehen werden. Zweckmäßigerweise wird jedoch bei mehrfacher Überschreitung des Toleranzwertes das erfin¬ dungsgemäße Verfahren mit der an einem anderen möglichen Einbauort angebrachten Magnetfeldsonde wiederholt.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung darge¬ stellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 einen elektronischen Kompaß für Kraftfahrzeuge im Blockschaltbild mit einem Zweiachsen-Magnetfeldsensor, Figur 2 zeigt ein Vektordiagramm für die am Magnetfeldsensor ermittelten Meßwerte mit einem ersten ein- und ausgeschalteten Verbraucher, Figur 3 die entsprechenden Meßwerte bei einem zweiten Verbraucher, Figur 4 zeigt ein Flusdiagramm des Navigationsrechners zur Ermittlung und Anzeige des jeweils maximalen Winkelfehlers und Figur 5 eine Ergänzung des Flußdiagramms nach Figur 4.

Beschreibung des Ausführungsbeispieles

Das in Figur 1 dargestellte Blockschaltbild eines NavigationsSystems für ein Kraftfahrzeug umfaßt einen elektronischen Kompaß, der die Nordrichtung oder die Fahrtrichtung des Fahrzeugs in bezug zur Nord- richtung bzw. die Richtung zu einem Fahrziel in bezug auf die augen¬ blickliche Fahrtrichtung anzeigt. Das Navigationssystem besteht

S -

dabei im wesentlichen aus einem Mikrocomputer 10 als Navigations¬ rechner, der die Signale eines Magnetfeldsensors 11 und eines Wegge¬ bers 12 verarbeitet und der eine Flüssigkristallanzeige (LCD) 13 aktiviert. Außerdem ist der Mikrocomputer 10 an eine Tastatur 14 an¬ geschlossen, die mehrere Tastschalter 15 umfaßt, welche bei Betäti¬ gung entsprechende elektrische Befehle an die Mikrocomputer 10 über¬ mitteln, die dort unterschiedliche Programme aufrufen. Mit Hilfe dieser Tastschalter 15 kann über die LCD 13 sowohl die Anzeige der Fahrtrichtung, der Nordrichtung, als auch die Richtung zu einem . Fahrziel aufgerufen werden. Außerdem können über die Tastschalter 15 einzelne Etappenziele eingegeben werden und über die LCD 13 kann in einer Windrose 15 die Richtungsanzeige für ein anzufahrendes Etap¬ penziel und zusätzlich auf einer 7-Segment-Anzeige 17 die Entfernung zu dem Etappenziel dargestellt werden. Daneben umfaßt die LCD 13 noch weitere Informationsanzeigen über das jeweils aufgerufene Etap¬ penziel sowie über Maßstäbe bei der Eingabe von Entfernungen eines Etappenzieles mittels einer Straßenkarte.

Der in Figur 1 dargestellte Magnetfeldsensor 11 besteht aus einem Zweiachsen-Magnetometer, dessen zwei Wicklungen 11a in bekannter Weise auf magnetisierbare Kerne 11b angeordnet sind, die dicht über¬ einander liegen und 90° gegeneinander verdreht sind. Die beiden Spu¬ len 11a sind an einer nicht dargestellten Stromversorgung sowie an eine innerhalb des Magnetfeldsensors 11 angeordnete, nicht darge¬ stellte Signalformerstufe angeschlossen, so daß dem Mikrocomputer 10 vom Magnetfeldsensor 11 jeweils die X- und Y-Komponenten des am Sen¬ sor 11 vorhandenen Magnetfeldes H in Form von digitalen Signalen mit den Werten H und H zugeführt werden. Durch ein entsprechendes x y

Programm des Mikrocomputers 10 kann daraus jeweils der Vektor bzw. der Betrag des Magnetfeldes H ermittelt und angezeigt werden. Um sicherzustellen, daß das am Magnetfeldsensor 11 gemessene Magnetfeld H nicht die durch die Sättigungsfeldstärken an den Kernen 11b des

Magnetfeldsensors 11 vorgegebenen Maximalwerte überschreitet, muß der Magnetfeldsensor 11 im Kraftfahrzeug an einem Ort angebracht werden, an dem das von der Karosserie des Fahrzeugs erzeugte und von sonstigen Fremdfeldern zusammengesetzte Störfeld, welches dem eigentlichen Erdmagnetfeld überlagert ist, möglichst gering gehalten wird. Mit einem aus der DE 35 34 480-A1 bekannten Verfahren wird ein solcher geeigneter Einbauort dadurch ermittelt, daß der Magnetfeld¬ sensor 11 an verschiedenen möglichen Einbauorten im Fahrzeug zu¬ nächst angeheftet, dann jeweils das Fahrzeug um 360° gedreht und dabei der größte und der kleinste Betrag des Magnetfeldvektors H ermittelt und daraus die Größe des Störfeldes an diesem Ort berech¬ net wird. Der Ort mit dem kleinsten Störfeld wird nun als Einbauort für den Magnetfeldsensor 11 vorgesehen, in dem die Ortskurve des am Magnetfeldsensors 11 wirksamen Gesamtfeldes in einem überschreibba¬ ren Speicher des Mikrocomputers 10 in an sich bekannter Weise abge¬ legt wird. Diese Ortskurve, die bei der Fahrzeugdrehung ermittelt wird, hat die Form einer Ellipse, die aus dem Koordinatenursprung um den Vektor des hartmagnetischen Störfeldes am Einbauort des Magnet- feldsensors 11 verschoben ist und eine, in erster Linie durch die Walzrichtung des Karosseriebleches verursachte Achsendrehung hat.

Mit einem weiteren, erfindungsgemäßen Verfahren, das mit Hilfe der Figuren 2, 3 und 4 näher erläutert wird, kann nunmehr geprüft wer¬ den, ob ein- und ausschaltbare Verbraucher und Aggregate 18, 19, 20 auf das NavigationsSystem einen Störeinfluß ausüben, der zu einem unzulässig hohen Winkelfehler bei der Ermittlung der Erdfeldrichtung führen kann. Zu diesem Zweck ist in Figur 2 und 3 in einem Koordina¬ tensystem die am vorgesehenen Einbauort bei ausgeschalteten Verbrau¬ chern und Aggregaten aufgenommene elliptische Ortskurve 0 darge¬ stellt, deren Mittelpunkt M aus dem Koordinatenursprung um den Stör -

feldvektor Hs verschoben ist. Das Fahrzeug ist dabei in einer belie¬ bigen, möglichst waagerechten Position aufzustellen. Der Magnetfeld¬ sensor 11 mißt in dieser Position ein Gesamtfeld H, dessen Vektor an einem Punkt P auf der Ortskurve 0 endet. Es wird nun ein erster Ver¬ braucher eingeschaltet, der auf das Navigationssystem einen Störein¬ fluß ausübt, in dem das am Magnetfeldsensor nunmehr gemessene Ge¬ samtfeld Hvl von dem zuvor gemessenen Gesamtfeld H um den Vektor der Störfeldänderung 4 s abweicht. Durch Zwischenspeieherung der gemes¬ senen Vektoren H und Hvl im Mikrocomputer 10 kann dieser aus der Differenz dieser beiden Vektoren den Vektor der Störfeldänderung ε bilden. Die Ortskurve 0 wird dadurch um den Vektor der Störfeld¬ änderung Δ s verschoben, was in Figur 2 durch die gestrichelte Orts¬ kurve Ovl mit dem Mittelpunkt Mvl dargestellt ist. Der dadurch ver¬ ursachte maximale Winkelfehler -__ _p kann nunmehr vom Mikrocomputer 10 über einen Algorithmus als Funktion des Störfeldänderungsvektors Δs errechnet und angezeigt werden.

Zur exakten Berechnung des maximalen Winkelfehlers Δ - wird zunächst die Richtung des Vektors Δ s der Storfeldanderung vom Mikrocomputer 10 um 90° gedreht und durch den Mittelpunkt M der gespeicherten Ortskurve 0 mit diesem Winkel eine senkrecht zum Vektor £Λ s der St rfeld nderung stehende Normale N gelegt, die auf der Ortskurve 0 den Schnittpunkt P _τ ergibt, zu dem der vom Koordinatenursprung

^N -*- ausgehende Magnetfeldvektor Hp gehört. Nunmehr wird die Lange der

Normalen N bzw. der Radius der Ortskurve 0 am Punkt P _τ ermittelt, indem die Differenz zwischen dem bekannten hartmagnetischen Stör-

—» feldvektor Hs bei ausgeschalteten Verbrauchern vom Magnetfeldvektor

— Hp* im Punkt P der Ortskurve 0 berechnet und zwischengespeichert N wird. Schließlich wird der maximale Winkelfehler Δ* f> nach der Glei¬ chung berechnet:

(1) Δ * __ are tan -_

^' jHs-np (

Der errechnete Wert wird über die Ziffernanzeige 17 der LCD 13 ange¬ zeigt. Er soll im Beispielsfall nach Figur 2 unterhalb eines zuläs¬ sigen Grenzwertes von 2° liegen.

Das anhand der Figur 2 beschriebene Verfahren wird nunmehr mit wei¬ teren Verbrauchern und Aggregaten durchgeführt, die einen Störein¬ fluß auf das Navigationssystem des Fahrzeugs haben bzw. haben könn¬ ten.

Mit Hilfe der Figur ^' 3 soll nunmehr die Berechnung des maximalen Win¬ kelfehlers ΔjP durch Einschalten eines weiteren Verbrauchers 19 bzw. 20 mit Hilfe einer vereinfachten Rechnungsmethode erläutert werden, mit der sich der maximale Winkelfehler Δ näherungsweise berechnen läßt. Bei dieser Berechnung wird davon ausgegangen, daß die gespei¬ cherte Ortskurve 0 neben dem hartmagnetischen Störfeldvektor Hs nur einen geringen weichmagnetischen Störanteil hat, d. h. daß die elliptische Ortskurve 0 am Magnetfeldsensor 11 nur geringfügig von der kreisförmigen Ortskurve Oe des Erdmagnetfeldes He abweicht. In diesem Fall wird der jeweils am Magnetfeldsensor 11 gemessene Ge¬ samtfeldvektor H bzw. Hv2 jeweils bei aus- und eingeschaltetem Ver¬ braucher 20 zwischengespeichert und aus ihrer Differenz der Vektor r* .. .. . .

^s der Storfeldanderung gebildet. Mit Hilfe des Betrages des Stor- feldänderungsvektors Δ →s> und des aus der Ortskurve 0 sich ergebenden horizontalen Anteiles des Erdmagnetfeldes He kann der Mikrocomputer 10 nunmehr unmittelbar den maximalen Winkelfehler nach der Gleichung

(2) Δf = are taniftsi 1 ne

errechnen.

In weiterer Ausgestaltung des Ausführungsbeispieles nach Figur 1 ist es auch möglich, über das Tastenfeld 14 einen Grenzwert GW für den zulässigen maximalen Winkelfehler Δ > in den Mikrocomputer 10 einzu¬ geben. Figur 4 zeigt in einem Flußdiagramm eine Programmroutine des Mikrocomputers 10, mit der der Störeinfluß eines ein- und ausschalt¬ baren Verbrauchers bzw. eines Aggregates auf das Navigationssystem ermittelt und bewertet wird. Nach dem Start 30 wird im ersten Pro¬ grammschritt 31 geprüft, ob für den vorgesehenen Einbauort des Mag¬ netfeldsensors 11 eine Ortskurve 0 bei ausgeschalteten Verbrauchern gespeichert ist. Ist dies nicht der Fall, so wird ein Unterprogramm 32 aufgerufen, mit dem die Ortskurve 0 aufgenommen und gespeichert wird. Sobald das Fahrzeug danach wieder stillsteht, springt die Pro¬ grammroutine wieder auf den Programmschritt 31 zurück. Im nachfol¬ genden Programmschritt 33 wird nun beispielsweise durch einen zu betätigenden Quittungsschalter auf der Tastatur 14 dem Mikrocomputer 10 das Einschalten eines oder mehrerer der Verbraucher 18, 19, 20 im Kraftfahrzeug signalisiert. Solange kein Verbraucher eingeschaltet ist, wird im Programmschritt 34 mit dem Magnetfeldsensor 11 in der eingenommenen Fahrzeugposition der dort wirksame Gesamtfeldvektor ^" ϊf* gemessen und im Programmschritt 35 wird dieser Vektor zunächst abge¬ speichert. Im folgenden Programmschritt 36 wird geprüft, ob bereits ein zweiter Gesamtfeldvektor gespeichert ist. Ist dies nicht der Fall, so springt das Programm auf den Schritt 33 zurück und durch¬ läuft die Schritte 34, 35 und 36 solange, bis über die vorerwähnte Quittungstaste das Einschalten bzw. Zuschalten eines Verbrauchers signalisiert wird. Im Schritt 37 wird nun der neue Gesamtfeldvektor

—- — ^■ &

Hvl bzw. Hv2 gemessen, der nach dem Einschalten des Verbrauchers am

Magnetfeldsensor 11 wirksam ist. Im Schritt 38 wird auch dieser Vek¬ tor gespeichert. Ebenso wie im Programmschritt 35 wird auch im Schritt 38 der jeweils gemessene Vektor gesichert, so daß Feldände- rungen bei nachfolgenden zyklischen Programmdurchläufen der

jeweiligen Schleife nicht mehr berücksichtigt werden. Im Schritt 36

—-**> wird nun festgestellt, daß nunmehr je ein Gesamtfeldvektor H bei ausgeschaltetem und Hvl bzw. Hv2 bei eingeschaltetem Verbraucher gespeichert wurde. Im Programmschritt 39 wird nun aus den beiden gespeicherten Magnetfeldvektoren durch Differenzbildung der Vektor Δs der Störfeldänderung gebildet. Im Programmschritt 40 wird anschließend über einen Algorithmus z.B. nach einer der Gleichungen (1) und (2) der maximale Winkelfehler j> errechnet. Dieser wird im Schritt 41 über die LCD 13 angezeigt. Außerdem wird dieser maximale Winkelfehler Δγ> im Schritt 42 mit dem eingegebenen Grenzwert GW verglichen. Ist der errechnete maximale Winkelfehler Δ_ größer als der Grenzwert, so erfolgt im Programmschritt 43 auf dem Display 13 eine Schlechtanzeige. Ist er dagegen gleich oder kleiner als der Grenzwert, so erfolgt im Programmschritt 44 eine Gut-Anzeige auf dem Display 13. Das Programm bleibt am Ende 45 dieser Routine stehen, so daß nunmehr der Störeinfluß eines weiteren Verbrauchers mit einem neuen Start des Flußdiagramms überprüft werden kann.

Es ist vorgesehen, daß die an einem Einbauort des Magnetfeldsensors 11 für die verschiedenen Verbraucher jeweils errechneten maximalen Winkelfehler ^ zwischengespeichert werden, so daß daraus an¬ schließend der größte maximale Winkelfehler Δ_f _o ermittelt wird. Mit dem dabei eingeschalteten Verbraucher, im Beispielsfall nach Figur 1 der Verbraucher 20, wird nunmehr mit der Ortskurve 0 und der Stör¬ feldänderung z_ S eine weitere Ortskurve des am Magnetfeldsensor 11 wirksamen Gesamtfeldes H, im Beispielsfall nach Figur 3 die Orts¬ kurve 0v2 ermittelt und abgespeichert. Über einen entsprechend pro¬ grammierten Eingang 21 des Mikrocomputers 10 wird dabei das Ein¬ bzw. Ausschalten des Verbrauchers 20 überwacht. Bei späteren

Navigationsf hrten wird dann durch ein entsprechendes Signal am Ein¬ gang 21 immer dann auf die dem Verbraucher 20 zugeordnete Ortskurve 0v2 umgeschaltet und die Richtung des Erdmagnetfeldes über diese Ortskurve ermittelt, wenn der Verbraucher 20 eingeschaltet ist.

Zur weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das Abspeichern einer zweiten Ortskurve auch durch eine Ergänzung gemäß Figur 5 des Flußdiagramms aus Figur 4 zwangsläufig beim Überschrei¬ ten des Grenzwertes für den maximalen Winkelfehler Δ ψ erfolgen. Dabei ist vorgesehen, daß jeweils der im Flußdiagramm nach Figur 4 im Programmschritt 40 und 41 errechnete und zwischengespeicherte maximale Winkelfehler Δ f> im Programmschritt 42 mit dem Grenzwert GW verglichen wird und daß bei eine Überschreitung des Grenzwertes GW im Programmschritt 46 geprüft wird, ob bereits eine zweite Ortskurve Ov2 im Navigationsrechner abgelegt ist. Bei einer ersten Überschrei¬ tung des Grenzwertes ist dies nicht der Fall, so daß dann in dem Unterprogramm 47 in bekannter Weise mit dem eingeschalteten Verbrau¬ cher 20 eine zweite Ortskurve ermittelt und abgespeichert wird. Im Programmschritt 48 muß nun der Eingang 21 des Mikrocomputers 10 mit dem Ein-Aus-Signal des Verbrauchers 20 belegt werden. Danach wird im Programmschritt 44 über das Display 13 eine Gut-Anzeige ausgegeben, da nunmehr der zuvor ermittelte maximale Winkelfehler Δ*-o durch Um- schalten auf die zweite Ortskurve beim Einschalten des Verbrauchers 20 eliminiert wird. Wird nun im Zuge der weiteren Überprüfung von Verbrauchern und Aggregaten der Grenzwert nochmals bzw. mehrfach überschritten, so ist die Abspeicherung weiterer Ortskurven für diese Verbraucher nicht vorgesehen. Im Programmschritt 46 wird folg¬ lich die bereits erfolgte Abspeicherung einer zweiten Ortskurve festgestellt und es erfolgt dann im Programmschritt 43 auf dem Dis¬ play 13 eine Schleeht-Anzeige. Diese Anzeige besagt, daß nunmehr für den Magnetfeldsensor 11 ein besserer Einbauort zu suchen ist. Tritt

dagegen bei der Überprüfung aller Verbraucher und Aggregate, die einen Störeinfluß auf das Navigationssystem ausüben, keine Schleeht-Anzeige auf so kann der Magnetfeldsensor 11 an dem gefun¬ denen Einbauort fest montiert werden. Der Eingang 21 des Mikrocom¬ puters 10 kann dann von einem der überprüften Verbraucher belegt werden.